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  • 精密铸造的热冲击和机械冲击特点
    发布日期:2018-10-13
    获得高质量的钛铝基合金精铸叶片与所采用的熔模型壳本身质量有着直接的关系。据统计,钛铝基合金铸件的缺陷和废品是由于型壳本身质量不良引起的,因此型壳的性能是钛铝基合金精铸的核心问题之一。精密铸造件型壳的面层不但要承受钛铝基合金液的热冲击和机械冲击,还要在高温情况下与钛铝基合金发生化学反应,因此型壳面层的工作环境是非常恶劣的。所以对型壳面层要求有一定的强度和热稳定性。因此本章研究了在涂料中分别加入碳纤维、玻璃纤维、尼龙纤维对型壳强度的影响,以期较终制备出适合浇注出高质量钛铝基合金叶片的型壳。
    为保证生产出高质量的钛铝基合金铸件,对型壳有一系列的性能要求,其中型壳面层强度是型壳的较基本的性能。从制壳、浇注到清理的不同工艺阶段,型壳有三种不同的强度指标,即常温强度、高温强度、残留强度。
    常温强度又称湿强度,它是指制壳后型壳的强度。它决定于制壳过程中粘结剂自然干燥和硬化的程度等。湿强度过低,脱蜡过程中型壳就会开裂或变形。高温强度是指焙烧或浇注时型壳的强度,它对铸件的成型和质量有重要意义。型壳高温强度来源于粘结剂中硅凝胶在高温下形成的硅氧键,以及高温下粘结剂与耐火材料的反应产物。型壳高温强度不足,就会在焙烧和浇注过程发生变形和破裂,但是型壳高温强度过高对于钛铝基合金来说就会使铸件在受拉的部位产生裂纹,使成型的难度增加。残留强度是指型壳在浇注后脱壳时的强度,它影响到铸件清理的难易程度。残留强度过高,清理困难,并易因清理使铸件变形或破坏,常温强度与高温强度之间没有一定的联系,而高温强度与残留强度之间有一定的关系,残留强度高那么高温强度就高。常温强度是在室温时测定的;高温强度则是将型壳加热到一定温度下,保温一定时间后测定的;残留强度是将型壳在高温下焙烧一定时间,然后冷却到室温时测定的。国际上尚没有统一的熔模精铸型壳强度的测定方法。但因型壳是非均质体系,测量抗拉强度数据时波动很大,故国内外均测定抗弯强度,试样均为矩形片在本实验中采用型壳的抗弯强度作为型壳高温强度的衡量标准。
    普通的圆盘式脚手架配件型壳经过焙烧后型壳强度有了明显的提高,这是由于粘结剂中硅凝胶在高温下焙烧时形成的硅氧键,以及高温下粘结剂与耐火材料的反应产物。焙烧后型壳的强度过高,会在合金凝固收缩时起很大的阻碍作用,在应力集中处容易产生裂纹,严重时甚至可能导致铸件的热裂。与普通的型壳相比,加入了尼龙纤维之后的型壳,湿强度比普通型壳有了提高,这样对于型壳的运输、保存及脱蜡都是有利的。经过焙烧后,含有尼龙纤维的型壳强度下降,有利于减小合金凝固收缩的阻力,降低裂纹产生的几率。
    加入玻璃纤维和碳纤维的型壳,与普通的型壳相比,其湿强度并没有显著的提高,焙烧后的强度有了明显降低了。可能是由于碳纤维、玻璃纤维与制备型壳所使用的涂料的润湿性不好,导致纤维与涂料不能很好的结合,降低了型壳的强度。尼龙纤维由于与涂料的润湿性好,添加到涂料中后与耐火材料一起形成了复合材料,尼龙纤维作为增强材料出现。
    选用硅溶胶粘结剂配制背层用涂料,制备钛合金精铸用型壳,所制出的型壳不仅具有很好的高温强度,而且型壳致密、尺寸精度高,能够满足薄壁钛合金精铸的需要,可以浇注出成型良好的钛合金铸件。而对于浇注近无余量的薄壁钛铝基合金铸件来说,采用相同的型壳制备工艺却无法成形。硅溶胶型壳透气性及溃散性差,残留强度大,常常造成薄壁的钛铝基合金铸件在凝固收缩过程中产生裂纹而报废。
    钛铝基合金精铸过程中,由于铸件自身结构特点使得铸件在线收缩时,受到来自型壳的阻力,形成受阻收缩。受阻收缩是铸件产生变形、热裂、内应力和冷裂等缺陷的主要原因。对于钛铝基合金来说,在Ti中加入A1会使其收缩率增加,如果铸件在浇注后其收缩受阻,受到型壳的阻力大于其所能承受的应力极限,那么就会导致铸件中裂纹的产生。所以对型壳的退让性要求较高,因此,本实验对薄壁的钛铝基合金铸件中裂纹产生原因进行了分析,提出改善型壳溃散性,降低残留强度的试验方案。
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