起動噴管為某型號渦扇發(fā)動機啟動時的關鍵部件,與發(fā)動機中導向器采用焊接方式連接,工作時間不長,但要求材料具有的抗氧 化腐蝕性,鑄件結構具有空間性,并且內(nèi)部為空心管道,因為與導向器連接,噴口的角度和位置限定嚴格,要求鑄件的形狀,條件下可采用矯形滿足要求,要求材料要有良好的延性和韌性,故采用了不銹鋼中的鉻一鎳奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti,它具有優(yōu)良的抗氧 化酸均勻腐蝕性,具有良好的延性和韌性以及沖壓性和拉伸性能,并且可焊性好,各種性能均滿足鑄件的工作需要,主要用作發(fā)動機燃油管道、噴管以及潮濕介質(zhì)中工作的零件和焊接件。
鑄件采用熔模鑄造,其內(nèi)部全部為空心管道,因而采用陶芯成形,要求陶芯具有良好的強度、透氣性、化學相容性和脫除性能,避免斷芯和脫芯困難,同時采用合理的澆注系統(tǒng)防止鑄件的疏松、澆不足和裂紋等缺陷,在變形問題上,采用的組合測具來進行鑄件的形狀檢測和冷矯形,較終通過工藝優(yōu)化,解決了生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題,了冶金質(zhì)量,降低了生產(chǎn)成本,提高了鑄件合格率。
1、蠟模制備
噴管鑄件結構,由管、轉(zhuǎn)接管、長管頸、長管頭、短管和凸臺6個部分組成,從轉(zhuǎn)接管部位分出兩個具有空間結構的長管和短管,其內(nèi)部全部為中空管道。
鑄件本身結構決定了采用陶芯,但是整體陶芯在模具中的定位存在困難,原因是整體陶芯的變形量要求嚴,且在模具中如果采用過多的定位端,壓制過程中會出現(xiàn)斷芯的現(xiàn)象,降低了蠟模壓制成功率,經(jīng)過實踐論證,決定將陶芯分體,即長管頭和短管部分的小孔在模具中采用抽塊的方式預留蠟???,較后以同直徑的石英玻璃管沿蠟模預留的孔洞插入到內(nèi)部陶芯中,這樣不僅降低了陶芯制作難度,且模具壓制中只需設置2-3個定位端即可。
2、型殼制備
熔模鑄造型殼質(zhì)量要求高,型殼的強度、透氣性、導熱性、熱震穩(wěn)定性、熱化學穩(wěn)定性和脫殼性等都會對鑄件產(chǎn)生重要影響。型殼是由面層和加固層兩部分組成,型殼面層涂料的作用是形成平整、致密、堅實、光滑的型殼工作面,這對于鑄件的表面質(zhì)量和輪廓清晰是重要的。為獲得的型殼面層,面層材料采用硅溶膠粘結劑+大于350目的氧 化錯粉。加固層是形成型殼的主體,主要是型殼具有的強度,使型殼在運輸、焙燒、澆注過程中不致開裂,背層采用硅溶膠+錯英粉涂料,撒砂材料為煤研石,型殼自干12h以上再脫蠟焙燒。
3、澆注工藝
鑄件采用ZG0.1型真空感應爐重熔合金并澆注,鑄件的澆注系統(tǒng)是金屬液充型的通道,同時還要鑄型中金屬液凝固發(fā)生體積收縮后能進行的補縮,澆注系統(tǒng)的設計決定了凝固過程中金屬的流向,直接影響鑄件的成形與補縮。因而良好的澆注系統(tǒng)設計是獲得鑄件的先決條件,在該鑄件的試制生產(chǎn)過程中,其設計的總體思想為:隨鑄件的空間形狀布置澆道,并設置內(nèi)澆道對長管頸、長管頭、短管和管4個部位進行補縮。試制結果表明,采用此類澆注系統(tǒng),鑄件充型良好,澆注系統(tǒng)。
型殼溫度和澆注溫度是決定鑄件質(zhì)量的關鍵因素,對鑄件的冶金質(zhì)量有著至關重要的影響。型殼溫度和澆注溫度的設計既要考慮到鑄件的充型完整,還應考慮到鑄件在凝固過程中不產(chǎn)生疏松和裂紋等缺陷。研制過程中采取了不同的型殼溫度和澆注溫度,并對不同溫度下的研制結果進行了比較。結果表明:型殼溫度和澆注溫度較高時,金屬液充型,基本不會產(chǎn)生澆不足和冷隔等缺陷,但是型殼溫度和澆注溫度過高,金屬液凝固的時間增加,在鑄件的熱節(jié)部位,如長管頸和短管的交叉處,容易產(chǎn)生疏松和熱裂缺陷,如圖5所示。鑄件在凝固時產(chǎn)生較大的線收縮,而鑄件的熱節(jié)部位由于鑄件線收縮的原因容易產(chǎn)生熱裂。較低的型殼溫度和澆注溫度會減少疏松和熱裂,但是鑄件充型困難。根據(jù)上面的分析以及反復試驗的結果,較終將型殼溫度設計為900 ~1 000℃,澆注溫度設計為1 550~1 600℃,在此溫度條件下,鑄件可獲得較好的冶金質(zhì)量和綜合力學性能,鑄件成品率較高。
4、陶芯對鑄件質(zhì)量的影響
鑄件采用硅基陶瓷型芯,硅基陶瓷型芯是一類以石英玻璃粉為基體材料,SiO2為主要成分,方石英為主晶相的陶瓷型芯。其純度高、燒結溫度低、熱膨脹系數(shù)小、抗熱震性優(yōu)良、易于脫除等優(yōu)點使硅基陶瓷型芯在熔模鑄造中獲得了廣泛的應用,有資料稱,在目前使用的陶瓷型芯中,90%以上是硅基陶瓷型芯。但是,在實際的鑄件澆注過程中,陶芯的各項性能,如透氣性、化學相容性、氣孔率和溶出性等性能的高低,往往決定了鑄件的合格率。