大尺寸燃?xì)廨啓C(jī)葉片的熔模鑄造工藝

朱秋菊 荀艷華

摘? 要：燃?xì)廨啓C(jī)在我國(guó)的各個(gè)領(lǐng)域中都有著比較高的應(yīng)用價(jià)值，直接影響到人們?nèi)粘Ｉ畹馁|(zhì)量，例如說燃?xì)廨啓C(jī)在發(fā)電方面的應(yīng)用，直接影響人們的日常用電質(zhì)量，一直受到國(guó)家和人民的高度重視。葉片作為燃?xì)廨啓C(jī)的重要零件組成，對(duì)其工作的各方面都有著很大的影響，我國(guó)現(xiàn)階段的對(duì)于葉片的熔模鑄造工藝經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)取得了一定的成果，但還是存在很多缺陷和不足，限制我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展也研究，需要我們對(duì)國(guó)外的一些先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：大尺寸葉片;熔模鑄造;關(guān)鍵技術(shù)

隨著我國(guó)科技的發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)的科技水平不斷進(jìn)步，為很多領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)步提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，清潔能源的使用被提上議程，燃?xì)廨啓C(jī)可以很好的為天然氣的應(yīng)用提供幫助。高效和節(jié)能已經(jīng)成為燃?xì)廨啓C(jī)現(xiàn)階段發(fā)展的主要方向，為電力供應(yīng)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)和設(shè)備基礎(chǔ)。但是我國(guó)的輪汽輪機(jī)研發(fā)水平較國(guó)際水平還有著不小的差距，文主要對(duì)葉片的熔模鑄造工藝進(jìn)行研究，希望可以為我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)今后發(fā)展提供幫助。

1 燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片熔模鑄造工藝發(fā)展

1.1 模具設(shè)計(jì)及制造技術(shù)

在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展的初期，模具的制作難度較高，主要是通過人工設(shè)計(jì)畫圖的方式進(jìn)行制造，不但制造的效率較低，制造的質(zhì)量比較低。隨著時(shí)代的發(fā)展進(jìn)步，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可以通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，代替原來的手工操作，使制造的效率不斷提升。為了滿足模具制造的實(shí)際需求，計(jì)算機(jī)軟件開始不斷更新?lián)Q代，為設(shè)計(jì)提供更高的技術(shù)支持，模具的各方面性能和制造的效率不斷提升。

多年的模具制造形成了兩種比較常用的制造方法，其中一種的方法主要是通過多種能量低價(jià)的方式對(duì)材料按照一定的要求進(jìn)行切除，這種方法稱之為復(fù)合加工方法。還有一種方法是近幾十年出現(xiàn)的模具制造方法，較復(fù)合加工方法具有更先機(jī)的技術(shù)。這種方法具有很多優(yōu)勢(shì)，不斷可以實(shí)現(xiàn)模具制造的高效性，制造出來的模具還具有有很廣泛的使用范圍。但是這種方法還具有一定的缺陷，無法實(shí)現(xiàn)大批量的生產(chǎn)模式，所以常規(guī)的模具生產(chǎn)方法還是第一種方法。

在模具設(shè)計(jì)階段，需要注意的就是模具的收縮率，合理的收縮率會(huì)保證模具具有足夠的精度，反之會(huì)導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)不合格。收縮率受到很多因素的影響，其中最重要的影響因素就是合金的材質(zhì)，不同的合金材質(zhì)具有不同的收縮率。我國(guó)現(xiàn)階段有四種比較常用的收縮補(bǔ)償方法，但是這種補(bǔ)償方法還不夠完善，具有很多缺陷。

1.2 蠟?zāi)３叽缈刂萍夹g(shù)

蠟?zāi)Ｒ彩侨~片熔模鑄造工藝中的關(guān)鍵，需要我們保證蠟?zāi)Ｖ圃斓馁|(zhì)量，為了保證其質(zhì)量，需要我們從模具和工藝兩方面入手，才能保證蠟?zāi)＿_(dá)到實(shí)際的質(zhì)量需求。燃?xì)廨啓C(jī)的葉片是一種尺寸較大的結(jié)構(gòu)零件，這就導(dǎo)致蠟?zāi)５睦鋮s需要很長(zhǎng)時(shí)間才能結(jié)束，長(zhǎng)時(shí)間的冷卻時(shí)間會(huì)大致收縮量的劇增，巨大的收縮變化導(dǎo)致無法進(jìn)行精度的精準(zhǔn)控制，為此出現(xiàn)了蠟?zāi)＜傩炯夹g(shù)進(jìn)行精度的控制工作。

為了保證蠟?zāi)５母咝a(chǎn)，完全冷卻之前就要進(jìn)行蠟?zāi)５娜〕觯谙災(zāi)Ｈ〕龊蟮陌雮€(gè)小時(shí)以內(nèi)，因?yàn)槔鋮s的原因會(huì)出現(xiàn)一部分的形變，這種形變比較細(xì)微，無法人工進(jìn)行調(diào)整控制，當(dāng)這種形變波動(dòng)較多或者面積較大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)葉片無法滿足實(shí)際的制造要求，導(dǎo)致葉片制造的無效化。為此出現(xiàn)了蠟?zāi)５某C正技術(shù)，可以在蠟?zāi)３霈F(xiàn)彈性形變的時(shí)候?qū)@種形變進(jìn)行合理的矯正和控制，是蠟?zāi)Ｊ冀K保持在較高的精度上，可以滿足蠟?zāi)５闹圃煲蟆?/p>

1.3 型殼制造工藝

熔模鑄造采用的鑄型常稱為型殼，要獲得表面光滑、棱角清晰、尺寸精確的鑄件必須制造優(yōu)質(zhì)型殼，優(yōu)質(zhì)型殼應(yīng)當(dāng)滿足一系列的性能要求，包括強(qiáng)度、透氣性、導(dǎo)熱性、線性變化、熱震穩(wěn)定性、熱化學(xué)穩(wěn)定性和脫殼性等。硅溶膠是水基粘結(jié)劑，制殼時(shí)無空氣污染，已經(jīng)成為了高溫合金精密鑄造鑄件的最主要的制殼粘結(jié)劑。型殼干燥程度的測(cè)定方法有重量法、顯色法、電阻法、γ射線衰減法等。對(duì)干燥后的型殼脫蠟以形成鑄型型腔。在相同的澆注溫度和造型條件下，較高的型殼溫度可以有效減小合金熔體與鑄型的溫差，減緩合金熔體溫度降低速度，提高合金充型能力。隨著型殼溫度的升高，合金熔體充型能力顯著提高。

1.4 型芯制造技術(shù)

隨著燃?xì)廨啓C(jī)效率的不斷提高，燃機(jī)葉片的工作溫度也不斷提高，因此，新型的燃機(jī)葉片通常具有允許冷空氣流過的內(nèi)部冷卻通道，由于冷卻的要求，這些內(nèi)部冷卻通道大都設(shè)計(jì)得結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸細(xì)小，在精密鑄造過程中，這樣復(fù)雜狹窄的鑄件內(nèi)腔采用常規(guī)的浸漬涂料、撒砂等工序根本無法實(shí)施，只能通過預(yù)制陶芯來形成。隨著燃機(jī)葉片的不斷發(fā)展，對(duì)于先進(jìn)陶芯的需求也不斷提高，要求先進(jìn)陶芯具備耐火度高、熱膨脹率低、高溫強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好和易脫除的特點(diǎn)。因此在陶芯制造方法的研究上，對(duì)于硅基陶芯，在不斷通過不同類型強(qiáng)化劑的研究來進(jìn)一步提高硅基陶芯的性能，而對(duì)于鋁基陶芯，更有效更簡(jiǎn)便的脫芯方法也在不斷地研究中。

1.5 定向和單晶葉片技術(shù)

20世紀(jì)60年代中期，美國(guó)發(fā)明了高溫合金定向凝固技術(shù)，使合金的晶粒沿?zé)崃髁魇Х较蚨ㄏ蚺帕校鞠怪庇趹?yīng)力軸的薄弱的橫向晶界。之后，又發(fā)展出單晶技術(shù)，并很快用于葉片生產(chǎn)。我國(guó)在20世紀(jì)60年代末開始研究定向柱晶合金及空心無余量葉片精鑄技術(shù)，經(jīng)過20年的努力，先后研制成功DZ4、DZ22等定向合金。80年代，又開始采用精鑄工藝生產(chǎn)單晶合金及單晶葉片，目前我國(guó)已研制出航空發(fā)動(dòng)機(jī)用單晶葉片。定向和單晶葉片也是燃?xì)廨啓C(jī)葉片的發(fā)展趨勢(shì)，但燃?xì)廨啓C(jī)葉片尺寸普遍要大于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片尺寸，因此，定向和單晶燃?xì)廨啓C(jī)葉片的制造難度也大幅增加。

2 展望

燃?xì)廨啓C(jī)經(jīng)過多年的發(fā)展與創(chuàng)新，已經(jīng)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)、軍事、環(huán)保、交通等等多個(gè)領(lǐng)域起著巨大的作用，是我國(guó)科技水平不斷進(jìn)步的一個(gè)重要體現(xiàn)。為了滿足日益升高的各領(lǐng)域需求，需要我們對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的加大研究力度，不斷進(jìn)行發(fā)展進(jìn)步，以滿足我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際需求，促進(jìn)我國(guó)科技的發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。需要我們對(duì)葉片鑄造工藝的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)為研究中心，才能大幅度提高我國(guó)的大尺寸渦輪葉片鑄造工藝的水平。

3 結(jié)束語

隨著時(shí)代的發(fā)展進(jìn)步，各種先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備不斷涌現(xiàn)，為人們的生活提供了巨大的便利。燃?xì)廨啓C(jī)作為21世紀(jì)中主要的一種動(dòng)力機(jī)械，為很多領(lǐng)域的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)設(shè)備基礎(chǔ)。隨著燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的不斷更新和設(shè)備的不斷換代，涉及到的領(lǐng)域越來越多，為我國(guó)的環(huán)保節(jié)能也做出了巨大的貢獻(xiàn)，有利于我國(guó)可持續(xù)發(fā)展理念的貫徹實(shí)行。為了促進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展進(jìn)步，本文對(duì)葉片鑄造的幾種關(guān)鍵工藝進(jìn)行研究分析，希望可以起到一定作用。

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