K4169合金下支座铸件精密铸造工艺研究

论文摘要

高温合金具有较高的高温强度、良好的抗氧化性能和优异的综合性能,是航空、航天及能源等领域不可或缺的高温材料。对于高合金化、热加工困难的高温合金而言,熔模精密铸造是一种适宜的铸造工艺。目前正在研制生产的多是一些大尺寸、壁厚悬殊的高温合金铸件,因此对此类铸件在熔模精密铸造过程中所产生的尺寸控制困难、容易产生缩孔缩松等问题的研究显得尤为重要。本文以下支座铸件为载体,对该铸件的熔模精密铸造工艺开展了研究,制备出了合格的高温合金铸件。下支座铸件是液氧-液氢发动机的关键结构件,由上法兰、下法兰以及环壁组成,在环壁上还非均匀的分布有凸台。铸件局部厚大,壁厚相差悬殊,在铸造过程中极易产生疏松、变形等缺陷,铸造难度大。该部件采用铸造高温合金K4169无余量熔模精密铸造而成,要求有高的尺寸精度和冶金质量。本文采用数值模拟与试验研究相结合的方法,研究、优化了下支座铸件的精密铸造工艺,包括熔模制备、浇注成型及热处理工艺,制备出符合铸件使用工况要求的合格铸件。研究表明,在制备熔模过程中,采用冷蜡块二次成型技术制备出的整体蜡模符合技术要求,并有效地提高了铸件的尺寸精度和表面光洁度。采用计算机数值模拟,对铸件的充型和凝固过程进行模拟,根据数值模拟的结果优化浇注系统和控制铸造参数,通过采用顶注-侧注相结合的联合注入式浇注系统,采用内浇口与相对薄的法兰连接的补缩系统进行补缩的优化方案,同时采用模壳温度为900℃、浇注温度为1420℃的铸造参数控制方案,试制出了高冶金质量的下支座铸件,并且铸件的成品率得到保障。研究了不同热处理制度对铸件组织和性能的影响,结果表明,热等静压处理可以很好的减轻K4169合金的疏松、气孔和偏析等缺陷,采用1095℃×2h/AC+955℃×2h,117℃/h冷至605℃/AC+720℃×8h,50℃/h冷至650℃×8h/AC的改进热处理制度可以使合金的组织更加均匀,同时很好的控制强化相γ"相的析出和长大,使铸件的综合性能优良,完全满足使用工况的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 高温合金简介
• 1.3 铸造高温合金
• 1.4 K4169合金
• 1.5 高温合金熔模精密铸造工艺
• 1.5.1 精密铸造工艺技术进展
• 1.5.2 精密铸造工艺的特点
• 1.5.3 精密铸造的工艺概述
• 1.6 高温合金热处理
• 1.7 热等静压
• 1.8 计算机模拟在铸造中的应用
• 1.9 本文的目的和意义
• 第2章 试验材料的制备及研究方法
• 2.1 母合金制备
• 2.2 试样的制备
• 2.3 热等静压处理
• 2.4 热处理和性能实验
• 2.5 金相观察
• 第3章 下支座的蜡模及型壳制备研究
• 3.1 下支座的蜡模制备
• 3.1.1 蜡模制备一冷蜡块
• 3.1.2 压制蜡模工艺参数
• 3.1.3 蜡模检测
• 3.1.4 蜡模与浇注系统组焊
• 3.2 下支座型壳制备
• 3.2.1 耐火材料的选择
• 3.2.2 粘结剂的选择
• 3.2.3 涂料的配制与涂挂
• 3.2.4 型壳撒砂
• 3.2.5 型壳的干燥
• 3.2.6 脱蜡与焙烧
• 3.3 小结
• 第4章 下支座铸件的浇注系统设计及铸造工艺研究
• 4.1 浇注系统设计
• 4.1.1 浇注系统设计的原理和要求
• 4.1.2 下支座浇注系统设计
• 4.2 数值模拟基本理论
• 4.2.1 充型过程数值模拟数学描述
• 4.2.2 凝固过程数值模拟数学描述
• 4.2.3 缩孔缩松的预测
• 4.3 数值模拟及分析
• 4.3.1 数值模拟过程
• 4.3.2 数值模拟结果及分析
• 4.4 铸造参数控制及数值模拟结果
• 4.5 小结
• 第5章 下支座铸件的热等静压及压后热处理
• 5.1 K4169合金铸态组织分析
• 5.2 热等静压后K4169合金的组织分析
• 5.3 K4169合金的热处理
• 5.3.1 K4169合金的标准热处理
• 5.3.2 K4169合金的改进热处理
• 5.4 K4169合金的持久性能测试
• 5.5 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢