航空鑄造技術(shù)隨著(zhù)航空裝備和民用航空產(chǎn)品升級換代而不斷發(fā)展。在成形精度、成形工裝、成形方法、成形過(guò)程控制到成形設備自動(dòng)化程度各個(gè)方面都隨著(zhù)航空裝備換代發(fā)展而發(fā)展,在性、自動(dòng)化、經(jīng)濟性和性方面不斷改進(jìn)和提高。其總的發(fā)展趨勢是構件的復雜整體化、成形的化、工藝設計和控制的全程化、檢測技術(shù)數字化。
1構件復雜整體化
為提高航空裝備性能、整體結構性能和性,減輕結構重量,降低制造成木,縮短制造周期,將原來(lái)的幾個(gè)部件組合于一體,整體鑄造成形,其形狀結構呈現出整體化、薄壁化和復雜化;此外,為實(shí)現某些功能,將結構與功能一體化,這也使得其形狀結構復雜;另外,根據構件在裝備中的使用特點(diǎn)和需要,有的大型整體結構件的組織結構要求均勻,有的大型整體結構件不同部位的組織結構要求不一樣(如雙性能整體葉盤(pán)),有的構件對組織結構控制有要求(如定向或單晶葉片),所以組織結構復雜也是航空裝備構件發(fā)展趨勢之一。
2成形化
為降低制造成木和縮短制造周期,結構件形狀尺寸要求,即無(wú)或少加工余量。美國F-35戰斗機要求減少機械加工量90%以上,成木降低66%,這勢求其零件整體成形且尺寸。
3工藝設計和控制全程化
為滿(mǎn)足裝備、高性的需求,提高鑄件自身的性能和性,使其無(wú)(少)缺陷并根據構件的使用特點(diǎn)和要求設計并控制各部位的組織結構??匦魏涂匦缘膹碗s整體鑄件是新一代裝備研制和發(fā)展的基礎,其廣泛的研究和應用大幅度提高了裝備的性能,對裝備的研制和發(fā)展起到了關(guān)鍵的作用。
高溫合金材料(定向與單晶高溫合金、金屬間化合物等)、高溫陶瓷型芯材料及其制備工藝、近凈形熔模材料與制備工藝、高溫型殼材料與制殼工藝、定向和單晶結晶工藝和控制技術(shù)等,形成了包括葉片材料、鑄造工藝設計、凝固結晶過(guò)程控制、工藝驗證與質(zhì)量控制等的等軸晶、定向柱晶和單晶葉片近凈形熔模鑄造技術(shù)體系,成功應用于航空發(fā)動(dòng)機葉片的生產(chǎn)。探索研究了葉片凝固結晶過(guò)程溫度梯度與結晶速度等參數對雙層壁冷葉片單晶生長(cháng)的影響,研究了高溫陶瓷型芯和陶瓷型殼技術(shù),初步形成了雙層壁冷空心葉片精鑄技術(shù),在國內解決了整體鑄造直徑0.50m。氣膜孔、雙層壁冷葉片和發(fā)散冷卻層板的技術(shù)難題。目前盡管基木具備高溫合金葉片關(guān)鍵和重要的熱工藝,但缺乏相關(guān)技術(shù)研究和工程化研究,工藝穩定性差,產(chǎn)品合格率低。
針對整體葉盤(pán)結構特點(diǎn),通過(guò)探索葉盤(pán)葉片凝固結晶過(guò)程溫度場(chǎng)形成定向結晶以及輪盤(pán)形成等軸晶的溫度梯度的控制途徑,實(shí)現了整體葉盤(pán)葉片以定向柱晶、輪盤(pán)為等軸細晶的突破,研制出小型航空發(fā)動(dòng)機整體葉盤(pán),顯著(zhù)提高了使用壽命。
在航空發(fā)動(dòng)機大型整體高溫合金結構件方面,開(kāi)展了大尺寸復雜薄壁整體高溫合金構件鑄造技術(shù),整鑄出各種航空航大發(fā)動(dòng)機整體導向器、葉輪以及較大尺寸700m。的某型號發(fā)動(dòng)機前置擴壓器。
(2)欽合金鑄造技術(shù)
以欽合金熔模和石墨型鑄造技術(shù)為基礎,研究了系列鑄造欽合金及金屬型、搗實(shí)型等新型鑄造方法,突破了稀土氧 化物陶瓷型精鑄材料和工藝、欽合金鑄件固溶時(shí)效處理、雙重處理、熱化學(xué)處理(氫處理)工藝以及降低欽合金鑄件表而a-case厚度等技術(shù),提高了鑄件的性,使其主要性能達到甚至超過(guò)了鍛造欽合金性能,使欽合金鑄件開(kāi)始取代一些欽合金鍛件:·機加工石墨型鑄造技術(shù)可以制造出尺寸1000m。左右,尺寸精度達到CT7一CT9,壁厚在4mm左右的鑄件。此技術(shù)已經(jīng)成功應用到航空發(fā)動(dòng)機欽合金鑄件上。
(3)鋁合金鑄造技術(shù)
以熔模鑄造、石膏型等傳統的鑄造為基礎,研究出高強高韌鑄造鋁合金材料及新型樹(shù)脂砂鑄造、復合鑄造等新型鋁合金鑄造方法,突破了計算機優(yōu)化設計和模擬技術(shù)、砂型鑄造技術(shù)、特種型芯和復雜型腔鑄造技術(shù)、反重力澆注設備與工藝等系列關(guān)鍵技術(shù),研制出一批、的鋁合金鑄件。
盡管我國在特種合金制造技術(shù)取得了較大的進(jìn)步,但長(cháng)期以來(lái),由于我國在鑄造工藝技術(shù)研究和應用方面的不足,構件的研制依然以經(jīng)驗和反復試制為主要模式,研制成木高,周期長(cháng)。傳統鑄件形狀簡(jiǎn)單,尺寸精度低,依然依靠機械加工精度;而復雜構件性能波動(dòng)大,質(zhì)量不穩定,影響了航空裝備的性和性。與歐美發(fā)達相比,我國在技術(shù)基礎、設備、過(guò)程控制、成形改性一體化、工藝仿真和數字化檢測等方面存在差距。結合我國實(shí)際情況,為縮短與發(fā)達差距,鑄造技術(shù)研究、應用和發(fā)展應從以下幾個(gè)方面著(zhù)手:
(1)建立完善的研究應用體系,加強已有技術(shù)的集成和工程化研究,穩定構件質(zhì)量和性能,提高航空發(fā)動(dòng)機定向空心葉片、單晶葉片等關(guān)鍵產(chǎn)品的合格率,提高工業(yè)化水平,滿(mǎn)足型號生產(chǎn)需求;
(2)攻克高推重比航空發(fā)動(dòng)機渦輪葉片、整體葉盤(pán)等高溫合金核心部件以及尺寸在1000m。以上的大型高溫合金、欽合金、鋁合金整體構件鑄造關(guān)鍵技術(shù),滿(mǎn)足航空裝備和大型飛機研制的需要;
(3)加強應用基礎理論和新型特種工藝研究,掌握鑄造過(guò)程基木規律,建立系統的鑄造基礎理論和成形方法的框架,尋找成形工藝與組織、尺寸、性能的定量關(guān)系,實(shí)現鑄件尺寸和組織的控制,滿(mǎn)足我國航空工業(yè)未來(lái)發(fā)展的需要。
鑄造技術(shù)是一項傳統而又基礎的工業(yè)技術(shù),也是航空工業(yè)中的關(guān)鍵制造技術(shù)之一。隨著(zhù)航空裝備更新?lián)Q代,對構件的復雜程度、壁厚、尺寸精度、性能等要求不斷提高,促使鑄造技術(shù)也隨之不斷發(fā)展;鑄造技術(shù)與計算機應用技術(shù)相結合,實(shí)現了過(guò)程仿真和控制,也使之與時(shí)代共發(fā)展,并不斷擴大應用。
我國航空鑄造技術(shù)履需建立完善的研究應用體系,開(kāi)展關(guān)鍵構件關(guān)鍵技術(shù)的工程化研究,提高研制能力和工業(yè)化水平;同時(shí)要加強凝固過(guò)程基木規律和過(guò)程控制技術(shù)的研究,縮短與發(fā)達的差距,滿(mǎn)足航空裝備和民用航空產(chǎn)品研制生產(chǎn)和發(fā)展的需求。