熔模精密铸造的生产过程及拉伸性能

起动喷管为某型号涡扇发动机启动时的关键部件，与发动机中导向器采用焊接方式连接，工作时间不长，但要求材料具有的抗氧 化腐蚀性，铸件结构具有空间性，并且内部为空心管道，因为与导向器连接，喷口的角度和位置限定严格，要求铸件的形状，条件下可采用矫形满足要求，要求材料要有良好的延性和韧性，故采用了不锈钢中的铬一镍奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti，它具有优良的抗氧 化酸均匀腐蚀性，具有良好的延性和韧性以及冲压性和拉伸性能，并且可焊性好，各种性能均满足铸件的工作需要，主要用作发动机燃油管道、喷管以及潮湿介质中工作的零件和焊接件。

铸件采用熔模铸造，其内部全部为空心管道，因而采用陶芯成形，要求陶芯具有良好的强度、透气性、化学相容性和脱除性能，避免断芯和脱芯困难，同时采用合理的浇注系统防止铸件的疏松、浇不足和裂纹等缺陷，在变形问题上，采用的组合测具来进行铸件的形状检测和冷矫形，较终通过工艺优化，解决了生产过程中出现的问题，了冶金质量，降低了生产成本，提高了铸件合格率。

1、蜡模制备

喷管铸件结构，由管、转接管、长管颈、长管头、短管和凸台6个部分组成，从转接管部位分出两个具有空间结构的长管和短管，其内部全部为中空管道。

铸件本身结构决定了采用陶芯，但是整体陶芯在模具中的定位存在困难，原因是整体陶芯的变形量要求严，且在模具中如果采用过多的定位端，压制过程中会出现断芯的现象，降低了蜡模压制成功率，经过实践论证，决定将陶芯分体，即长管头和短管部分的小孔在模具中采用抽块的方式预留蜡模孔，较后以同直径的石英玻璃管沿蜡模预留的孔洞插入到内部陶芯中，这样不仅降低了陶芯制作难度，且模具压制中只需设置2-3个定位端即可。

2、型壳制备

熔模铸造型壳质量要求高，型壳的强度、透气性、导热性、热震稳定性、热化学稳定性和脱壳性等都会对铸件产生重要影响。型壳是由面层和加固层两部分组成，型壳面层涂料的作用是形成平整、致密、坚实、光滑的型壳工作面，这对于铸件的表面质量和轮廓清晰是重要的。为获得的型壳面层，面层材料采用硅溶胶粘结剂+大于350目的氧 化错粉。加固层是形成型壳的主体，主要是型壳具有的强度，使型壳在运输、焙烧、浇注过程中不致开裂，背层采用硅溶胶+错英粉涂料，撒砂材料为煤研石，型壳自干12h以上再脱蜡焙烧。

3、浇注工艺

铸件采用ZG0.1型真空感应炉重熔合金并浇注，铸件的浇注系统是金属液充型的通道，同时还要铸型中金属液凝固发生体积收缩后能进行的补缩，浇注系统的设计决定了凝固过程中金属的流向，直接影响铸件的成形与补缩。因而良好的浇注系统设计是获得铸件的先决条件，在该铸件的试制生产过程中，其设计的总体思想为：随铸件的空间形状布置浇道，并设置内浇道对长管颈、长管头、短管和管4个部位进行补缩。试制结果表明，采用此类浇注系统，铸件充型良好，浇注系统。

型壳温度和浇注温度是决定铸件质量的关键因素，对铸件的冶金质量有着至关重要的影响。型壳温度和浇注温度的设计既要考虑到铸件的充型完整，还应考虑到铸件在凝固过程中不产生疏松和裂纹等缺陷。研制过程中采取了不同的型壳温度和浇注温度，并对不同温度下的研制结果进行了比较。结果表明：型壳温度和浇注温度较高时，金属液充型，基本不会产生浇不足和冷隔等缺陷，但是型壳温度和浇注温度过高，金属液凝固的时间增加，在铸件的热节部位，如长管颈和短管的交叉处，容易产生疏松和热裂缺陷，如图5所示。铸件在凝固时产生较大的线收缩，而铸件的热节部位由于铸件线收缩的原因容易产生热裂。较低的型壳温度和浇注温度会减少疏松和热裂，但是铸件充型困难。根据上面的分析以及反复试验的结果，较终将型壳温度设计为900 ~1 000℃，浇注温度设计为1 550~1 600℃，在此温度条件下，铸件可获得较好的冶金质量和综合力学性能，铸件成品率较高。

4、陶芯对铸件质量的影响

铸件采用硅基陶瓷型芯，硅基陶瓷型芯是一类以石英玻璃粉为基体材料，SiO2为主要成分，方石英为主晶相的陶瓷型芯。其纯度高、烧结温度低、热膨胀系数小、抗热震性优良、易于脱除等优点使硅基陶瓷型芯在熔模铸造中获得了广泛的应用，有资料称，在目前使用的陶瓷型芯中，90%以上是硅基陶瓷型芯。但是，在实际的铸件浇注过程中，陶芯的各项性能，如透气性、化学相容性、气孔率和溶出性等性能的高低，往往决定了铸件的合格率。