新技術(shù)新工藝-細(xì)晶鑄造

1、新技術(shù)新工藝-細(xì)晶鑄造細(xì)晶鑄造 國(guó)外近二十年來(lái)集中力量發(fā)展了高溫合金定向鑄造和單晶鑄造技術(shù)，主要是為了提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪葉片的高溫工作能力，從而增大發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，并延長(zhǎng)其工作壽命。與此同時(shí)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的惡劣工況對(duì)在中低溫條件下工作的低壓渦輪葉片、整體葉盤(pán)和渦輪機(jī)匣等高溫合金鑄件的低周疲勞壽命提出了更高要求。但是這類(lèi)鑄件在普通熔模精鑄工藝生產(chǎn)條件下，一般為粗大的樹(shù)枝晶或柱狀晶，晶粒平均尺寸大于4mm，較典型的為49mm。由于晶粒粗大及組織、性能上的各向異性，很容易導(dǎo)致鑄件在使用過(guò)程中疲勞裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，這對(duì)于鑄件的疲勞性能尤其是低周疲勞性能極為不利，并且造成鑄件力學(xué)性能數(shù)據(jù)過(guò)于分散，降低了

2、設(shè)計(jì)容限。隨著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的整體壽命和性能要求的進(jìn)一步提高，改善鑄件的中低溫疲勞性能及其他力學(xué)性能顯得十分重要。這便導(dǎo)致了細(xì)晶鑄造技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展。 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，尤其是美國(guó)和德國(guó)，早在20世紀(jì)70年代末就開(kāi)展了高溫合金細(xì)晶鑄造技術(shù)的研究和應(yīng)用，在20世紀(jì)80年代中后期該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展趨于成熟，目前正在航空、航天工業(yè)領(lǐng)域中擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，如美國(guó)Howmet公司利用細(xì)晶鑄造技術(shù)成功地制造了Mod5A、Mar-M247、IN713C、1N718等高溫合金整體渦輪，使渦輪的低周疲勞壽命提高了23倍。德國(guó)、法國(guó)在新型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上也采用了細(xì)晶整體渦輪鑄件。國(guó)內(nèi)對(duì)高溫合金細(xì)晶鑄造技術(shù)的研究從20世紀(jì)80年代末開(kāi)

3、始起步，經(jīng)過(guò)“八五”和“九五”期間的研究和應(yīng)用，我國(guó)航空制造業(yè)建立了專(zhuān)門(mén)的細(xì)晶鑄造設(shè)備，對(duì)高溫合金細(xì)晶鑄造工藝進(jìn)行了較系統(tǒng)的試驗(yàn)，研制了一批鎳基高溫合金細(xì)晶鑄件，并已應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，在細(xì)晶鑄造研究領(lǐng)域內(nèi)取得了重要的進(jìn)展。1 細(xì)晶鑄造的特點(diǎn)和工藝方法1.1 細(xì)晶鑄造的特點(diǎn) 細(xì)晶鑄造技術(shù)或工藝（FGCP）的原理是通過(guò)控制普通熔模鑄造工藝，強(qiáng)化合金的形核機(jī)制，在鑄造過(guò)程中使合金形成大量結(jié)晶核心，并阻止晶粒長(zhǎng)大，從而獲得平均晶粒尺寸小于1.6mm的均勻、細(xì)小、各向同性的等軸晶鑄件，較典型的細(xì)晶鑄件晶粒度為美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM02級(jí)。細(xì)晶鑄造在使鑄件晶粒細(xì)化的同時(shí)，還使高溫合金中的初生碳化物和強(qiáng)化相尺寸

4、減小，形態(tài)改善。因此，細(xì)晶鑄造的突出優(yōu)點(diǎn)是大幅度地提高鑄件在中低溫（760）條件下的低周疲勞壽命，并顯著減小鑄件力學(xué)性能數(shù)據(jù)的分散度，從而提高鑄造零件的設(shè)計(jì)容限。同時(shí)該技術(shù)還在一定程度上改善鑄件抗拉性能和持久性能，并使鑄件具有良好的熱處理性能。 細(xì)晶鑄造技術(shù)還可改善高溫合金鑄件的機(jī)加工性能，減小螺孔和刀刃形銳利邊緣等處產(chǎn)生加工裂紋的潛在危險(xiǎn)。因此該技術(shù)可使熔模鑄件的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到原先使用鍛件、厚板機(jī)加工零件和鍛鑄組合件等領(lǐng)域。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件的精鑄生產(chǎn)中，使用細(xì)晶鑄件代替某些鍛件或用細(xì)晶鑄造的錠料來(lái)做鍛坯已很常見(jiàn)。1.2 細(xì)晶鑄造的工藝方法 細(xì)晶鑄造晶核的增殖來(lái)源于合金液中已存在的或外加的固體

5、形核基底成形核心作用，因此，細(xì)化晶粒的關(guān)鍵是增加合金液中的形核基底的數(shù)量。目前增加形核基底的數(shù)量的基本方法大致可分為三大類(lèi)：熱控法或改變鑄造參數(shù)法（VCP法）、動(dòng)力學(xué)法（或機(jī)械法）和化學(xué)法。這也是細(xì)晶鑄造的三類(lèi)基本工藝方法，如表1所示。表1  細(xì)晶鑄造的工藝方法類(lèi)  別熱控法（Thermal Control Method)動(dòng)力學(xué)法（Dynamic Method）化學(xué)法（Chemical Approach）工藝原理在靜態(tài)鑄型條件下，通過(guò)控制鑄型溫度，降低合金精煉溫度和時(shí)間，使分散于熔液中作為形核基底的碳化物保留下來(lái)，并較大幅度地降低澆注過(guò)熱度，增大鑄件冷卻

6、速度，以達(dá)到限制晶粒長(zhǎng)大和細(xì)化晶粒的目的在澆注和凝固過(guò)程中施加外力迫使合金液產(chǎn)生振動(dòng)、攪動(dòng)等運(yùn)動(dòng)，已凝固的枝晶被破碎并使之遍布于整個(gè)熔液中，從而形成更多的有效晶核，并限制了晶粒的長(zhǎng)大。常見(jiàn)的方法有：（1）一般方法：旋轉(zhuǎn)鑄型法、機(jī)械振動(dòng)法、超聲波振動(dòng)法、電磁攪動(dòng)法等；（2）Grainex法、Mould-Agitation法；（3）Microcast-X法通過(guò)向熔液中加入有效形核劑，形成大量的非均勻質(zhì)核心而使晶粒細(xì)化。典型的如添加元素B、稀土元素、Ni-Al中間化合物等工藝參數(shù)鑄型溫度(t型)、澆注溫度)t澆)及精煉溫度(t精)等澆注溫度(t鑄)和鑄型旋轉(zhuǎn)振動(dòng)參數(shù)(速度、頻率)以及鑄型冷卻速率等精

7、煉溫度(t精)、形核劑加入量及其加入制度等晶粒細(xì)化典型尺寸范圍1.600.18mm0.360.07mm1.250.12mm優(yōu)缺點(diǎn)工藝簡(jiǎn)單，但鑄件容易欠鑄、晶粒度不均勻晶粒度均勻、合金純凈度高、成形能力好，但需要建立專(zhuān)用的細(xì)晶鑄造設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，但容易引進(jìn)雜質(zhì)、改變合金成分適用范圍形狀簡(jiǎn)單的小尺寸鑄件回轉(zhuǎn)體和厚大截面鑄件形狀簡(jiǎn)單的小尺寸鑄件    近年來(lái)美國(guó)Howmet公司研制和發(fā)展的Grainex（簡(jiǎn)稱(chēng)GX法）和icrocast-X(簡(jiǎn)稱(chēng)法)細(xì)晶工藝代表著國(guó)際先進(jìn)水平的細(xì)晶鑄造工藝方法，目前已投入生產(chǎn)應(yīng)用。圖1為GX、MX法的晶粒細(xì)化典型尺寸范圍。圖1&#

8、160; MX、GX法的晶粒細(xì)化尺寸范圍    其中GX法以動(dòng)力學(xué)法為基礎(chǔ)，是高溫合金細(xì)晶鑄造第一代動(dòng)力學(xué)法工藝，它采用較高的過(guò)熱溫度，在合金凝固過(guò)程中打碎已凝固的枝晶骨架成為結(jié)晶核心，從而細(xì)化鑄件晶粒。與熱控法相比，GX法澆注過(guò)熱度較大，因而使鑄件薄壁部分容易成形，所獲得的鑄件純凈度高，晶粒度細(xì)小而均勻，通常能達(dá)到ASTM0級(jí)。但晶粒形態(tài)仍保留著輕微的樹(shù)枝狀，其缺點(diǎn)是不能全面改善鑄件的晶粒形態(tài)，僅使厚截面部位晶粒細(xì)化。這種方法適用于鑄造葉盤(pán)和其他一些回轉(zhuǎn)體鑄件以及截面厚大的細(xì)晶鑄件。MX法是Howmet公司開(kāi)發(fā)的第二代動(dòng)力學(xué)法細(xì)晶鑄造工藝，其

9、特點(diǎn)是將機(jī)械擾動(dòng)與快速凝固相結(jié)合以獲得晶粒更加細(xì)小的晶胞組織，用此法鑄造的鑄件晶粒度能達(dá)ASTM35級(jí)或更細(xì)，可與變形高溫合金零件的晶粒度相媲美，因而能以比GX法更大的幅度提高鑄件的力學(xué)性能。直到目前為止，該工藝仍屬不公開(kāi)的專(zhuān)利。但從有關(guān)資料分析，其工藝要點(diǎn)主要包括：合金精煉后靜止降溫，使?jié)沧⑦^(guò)熱度保持在20以?xún)?nèi)。澆注時(shí)對(duì)合金液進(jìn)行機(jī)械或電磁感應(yīng)擾動(dòng)，使合金液成細(xì)小的液滴流注入預(yù)熱鑄型的型腔。在鑄型內(nèi)擾動(dòng)合金液并提高鑄型對(duì)合金液的冷卻強(qiáng)度，使鑄件在整個(gè)截面上都能生成均勻、細(xì)小、非枝晶的晶胞組織。MX法現(xiàn)主要用于生產(chǎn)鎳基高溫合金的熔模鑄件、鑄錠和可鍛坯件。   &#

10、160;在20世紀(jì)90年代中期國(guó)內(nèi)研究和開(kāi)發(fā)了屬于動(dòng)力學(xué)法范疇的細(xì)晶鑄造工藝鑄型攪動(dòng)法（Mould-Agitation法），簡(jiǎn)稱(chēng)MA法，并建立了ZGX-25型細(xì)晶鑄造真空感應(yīng)爐。利用該設(shè)備可鑄造出外形尺寸達(dá)300mm、重量達(dá)50kg的細(xì)晶鑄件。在該設(shè)備上不但能用化學(xué)法和熱控法鑄造細(xì)晶葉片、細(xì)晶整體結(jié)構(gòu)件，而且還可用鑄型攪動(dòng)法生產(chǎn)出純凈度較高的細(xì)晶整體葉盤(pán)、渦輪等回轉(zhuǎn)體鑄件。其工藝原理與GX法相近，如圖2所示。圖2  MA法工藝原理示意圖ZGX-25型細(xì)晶鑄造爐具有預(yù)熱鑄型的加熱器，并有能使鑄型單向/雙向旋轉(zhuǎn)功能的機(jī)構(gòu)。鑄型攪動(dòng)法（MA法）細(xì)化鑄件晶?；谠谀踢^(guò)程中對(duì)枝晶破

11、碎、增殖形核質(zhì)點(diǎn)的原理。具體工藝步驟為：將模殼裝卡在專(zhuān)用的鑄型系統(tǒng)中，并預(yù)熱至規(guī)定的型殼溫度。在對(duì)合金熔液精煉干凈后，調(diào)整好澆注溫度，然后澆入型殼中，靜止一段時(shí)間后，鑄型雙向攪動(dòng)，直到凝固完畢。 在金屬液凝固過(guò)程中，通過(guò)鑄型攪動(dòng)使鑄型壁上最初形成的枝晶被破碎，破碎的枝晶分布于整個(gè)合金液中，因而創(chuàng)造了有效的形核核心，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生細(xì)小、均勻和等軸的晶粒。此外，鑄型中心到鑄型壁的熱梯度得到降低，因此不管鑄件截面厚度如何變化，都能獲得較均勻的等軸晶。 鑄型攪動(dòng)法主要控制的攪動(dòng)參數(shù)為：澆注后合金液在鑄型內(nèi)的靜止時(shí)間靜；正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)的時(shí)間正反；正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)之間換向時(shí)間換；正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速v正反；雙向轉(zhuǎn)動(dòng)的總時(shí)間

12、為總。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)變化合金的澆注過(guò)熱溫度t澆及攪動(dòng)參數(shù)來(lái)得到不同的晶粒度。 鑄型攪動(dòng)工藝的優(yōu)點(diǎn)在于采用比熱控法細(xì)晶工藝高得多的澆注溫度，因而鑄件純凈度高，薄壁部位容易成形。相比之下，傳統(tǒng)的熱控法細(xì)晶鑄造工藝和硼化物沉淀工藝主要依賴(lài)于很低的澆注溫度，因而導(dǎo)致了非金屬夾雜物的誘入。 2 細(xì)晶鑄造舉例 采用鑄型攪動(dòng)法細(xì)晶鑄造生產(chǎn)了某航空發(fā)動(dòng)機(jī)上在中溫條件（470750）下使用的整體渦輪。該整體渦輪直徑為147mm，鑄件毛重10.5kg，用K418B鎳基高溫合金鑄造，其主要化學(xué)成分見(jiàn)表2。 熔模型殼用硅酸乙酯-剛玉砂制殼工藝制成。合金的熔煉和澆注在自制的ZGX-25型細(xì)晶鑄造真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行。鑄型在爐內(nèi)

13、可雙向旋轉(zhuǎn)，對(duì)注入型腔內(nèi)的合金液體施加雙向攪動(dòng)作用。細(xì)晶鑄造的工藝參數(shù)見(jiàn)表3。表2  K418B合金主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）CCrMoTiAlZrBNi0.04512.344.370.795.830.0600.011余量表3  K418B合金整體渦輪的細(xì)晶鑄造工藝參數(shù)鑄型溫度t型  /澆注過(guò)熱度t澆 /攪動(dòng)參數(shù)靜 / s正反 / s換 / sv正反 / rmin-1總 / min90010006080453521005 細(xì)晶渦輪經(jīng)過(guò)熱等靜壓（HIP）和熱處理。熱等靜壓工藝為：1200/150MPa/4h；熱處理工藝為:1180，2

14、h，空冷+930，16h，空冷。在熱處理后渦輪的輪轂部位沿軸向切取性能試棒，測(cè)定室溫和高溫抗拉性能、高溫持久性能和低周疲勞性能。低周疲勞試驗(yàn)在美國(guó)MTS-809電液伺服閉環(huán)回路疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。為了便于比較，從K418B合金普通鑄造渦輪上切取試棒，其處理工藝、測(cè)試條件與細(xì)晶渦輪相同。 1細(xì)晶鑄造對(duì)鑄件晶粒度形態(tài)及顯微組織的改善 在上述細(xì)晶鑄造工藝條件下，所獲得的K418B合金細(xì)晶渦輪各部位晶粒度列于表4。它與普通鑄造條件下的渦輪晶粒度對(duì)比示于圖3。 公司印章管理制度一、目的 公司印章是公司對(duì)內(nèi)對(duì)外行使權(quán)力的標(biāo)志，也是公司名稱(chēng)的法律體現(xiàn)， 因此，必須對(duì)印章進(jìn)行規(guī)范化、合理化的嚴(yán)格管理，以保證公司

15、各項(xiàng)業(yè)務(wù)的正常運(yùn)作，由公司指定專(zhuān)人負(fù)責(zé)管理。二、印章的種類(lèi)1、 公章，是按照政府規(guī)定，由主管部門(mén)批準(zhǔn)刻制的代表公司權(quán)力的印章。2、 專(zhuān)用章，為方便工作專(zhuān)門(mén)刻制的用于某種特定用途的印章，如：合同專(zhuān)用章、財(cái)務(wù)專(zhuān)用章、業(yè)務(wù)專(zhuān)用章、倉(cāng)庫(kù)簽收章等。 3、手章(簽名章)，是以公司法人代表名字刻制的用于公務(wù)的印章。三、印章的管理規(guī)定1、 印章指定專(zhuān)人負(fù)責(zé)保管和使用，保管印章的地方(桌、柜等)要牢固加鎖，印章使用后要及時(shí)收存。2、 財(cái)務(wù)專(zhuān)用章由財(cái)務(wù)部負(fù)責(zé)保管，向銀行備案的印章，應(yīng)由財(cái)務(wù)部會(huì)計(jì)、總經(jīng)辦分別保管。 3、印章要注意保養(yǎng)，防止碰撞，還要及時(shí)清洗，以保持印跡清晰。4、一般情況下不得將印章攜出公司外使用，如確實(shí)因工作所需，則應(yīng)由印章管理員攜帶印章到場(chǎng)蓋章或監(jiān)印。 5、印章管理人員離職或調(diào)任時(shí)，須履行印章交接手續(xù)。四、公章刻制印章需本公司法人代表批準(zhǔn)，并由印章管理專(zhuān)責(zé)人負(fù)責(zé)辦理刻制并啟用并交由專(zhuān)人進(jìn)行保管。 五、印章的使用1、 使用任何的印章，需由相應(yīng)負(fù)責(zé)人審核簽字。為方便工 作，總經(jīng)理可授權(quán)印章管理專(zhuān)責(zé)人審核一般性事務(wù)用印。2、 用印前印章管理人員須認(rèn)真審核，明確了解用印的內(nèi)容和目的，確 認(rèn)符合用印的手續(xù)后，在用印登記簿上逐項(xiàng)登記，方可蓋章。 3、對(duì)需要留存的材料，蓋印后應(yīng)留存一份立卷歸檔。 4、不得在空白憑證、便箋上蓋章。 5、上報(bào)有關(guān)部門(mén)的文件