钛铝低压涡轮叶片熔模铸造精确成形及冶金缺陷分析

目的 研究不同浇冒口设置对TiAl低压涡轮叶片的成形的影响及叶片冶金缺陷形成的原因。方法 采用熔模精铸方法,通过设计顶注式重力铸造浇注系统,采用冷坩埚感应熔炼炉进行TiAl叶片浇注实验,采用目视和X射线检验方法分析叶片铸件表面及内部缺陷,并结合金属凝固理论分析缺陷形成原因。结果 合理的浇口和排气孔设置有效避免了因熔体流动性差造成的叶片充型不完整,以及凝固收缩导致的应力开裂等问题,浇注出成形完整的铸造叶片;叶冠与叶身端部转角部位充型凝固过程中形成热节,容易出现贯穿性疏松缺陷;树脂基熔模焙烧后残留的碳黑在熔体充型凝固过程中,与面层中的ZrO2反应生产CO,导致叶身出现聚集性皮下气孔;由于凝固收缩引起叶身与铸型分离,降低横向散热能力,导致叶盆部位出现表面疏松。结论 通过浇注合理的浇注系统设置可实现TiAl叶片完整充型,疏松缺陷控制为进一步提高叶片质量的关键。     

钨粉还原炉Cr30Ni20合金高温炉管焊缝失效研究

对钨粉还原炉Cr30Ni20合金高温炉管焊缝的失效行为进行了分析,发现焊缝外表面母材咬边严重,焊缝内表面焊根未打磨,存在未焊透、未熔合缺陷。通过渗透探伤(Penetrant testing, PT)检查,发现焊缝存在渣孔和裂纹等缺陷;通过X射线检查,发现焊缝内部存在多处夹渣等缺陷。同时,通过PT检测也发现高温炉管本身存在较多的夹杂和微裂纹。微观组织分析表明,母材及焊缝熔合区中夹杂物含量较高,导致焊缝的力学性能下降。焊缝母材与熔合区的微观组织差异较大,焊缝的抗拉强度和塑性明显低于母材。通过提高高温炉管的冶金质量,采用合适的焊接方法和焊接工艺才能使得高温炉管母材和焊缝质量都得到保证,满足使用性能的需求。     

复杂结构ADC12铝合金汽车支架挤压铸造工艺参数优化

目的 解决ADC12铝合金汽车发动机支架在挤压铸造成形工艺下的缺陷问题。方法 利用ProCAST模拟软件对该汽车发动机支架的挤压铸造充型和凝固过程进行模拟,对挤压铸造工艺参数进行正交试验设计并模拟得到最佳工艺参数,对铸件浇注远端厚壁部位采取局部加压优化措施,并对厚壁部位进行X-Ray探伤,观察铸件的缺陷情况。结果 对挤压铸造的工艺参数进行正交试验极差分析后,发现各工艺参数按对铸件凝固后质量的影响程度从大到小的顺序依次为挤压比压、浇注温度、模具温度。通过正交试验得到优化后的工艺参数为浇注温度730 ℃、模具温度300 ℃、挤压比压150 MPa。局部加压时挤压销的最佳激活时间为4 s,此时可以完全消除铸件内部的缩孔缩松缺陷。选择优化后的工艺参数生产该汽车发动机支架,产品外观完整,没有出现表面裂纹等缺陷。在X-Ray探伤下无明显缺陷,内部质量良好。结论 选择合理的浇注温度、模具温度和挤压比压可以有效减少铸件内部的缩孔缩松缺陷,采用局部加压并合理控制挤压销的激活时间可以完全消除缩孔缩松缺陷。     

球铁后桥壳的铸造工艺设计及数值模拟

首先对后桥壳进行初步的铸造工艺方案设计,然后运用铸造数值模拟软件华铸CAE对其充型和凝固过程进行模拟,预测可能产生的铸造缺陷及部位,分析缺陷产生的主要原因,从而改进工艺.经多次CAE模拟优化获得最优工艺,可减少铸造缺陷,保证铸件质量.     

复杂铝合金结构件复合型整体精密铸造方法研究

以某电子舱铸件为例,阐述了一种复合型芯整体精密铸造方法.铸造时,壁薄难成形的部位采用熔模壳型,保证其充型完整;其他部位采用树脂砂型,保证其冶金质量和尺寸精度,从而获得了外形完整、组织致密、尺寸精度高的整体电子舱铸件.     

超声无损检测技术在金属材料焊接检测中的应用

在焊接金属材料的过程中,温度变化会改变金属材料的晶粒结构,导致其内部应力分布发生变化,构件强度降低,存在安全故障隐患。因此需要对金属缺陷进行快速、准确地检测,其中无损检测法应用广泛,其包括超声波检测和射线检测。在未焊接表面裂纹缺陷检测中,辐射超声波技术具备较高的检测效率。超声无损检测(UT)技术可以在不破坏产品、构件质量的前提下,对缺陷进行检测,为确定焊缝尺寸提供参考,在生产过程中消除风险,该文对超声无损检测技术在金属材料焊接中的应用进行了研究。     

TC4钛合金棒料亮条纹缺陷分析

某TC4钛合金棒料加工产品,在进行X射线检测时发现存在亮条纹缺陷,采用各种理化检验手段,分析了该TC4钛合金棒料的化学成分、显微组织和硬度。结果表明:该TC4钛合金棒料在冶炼时由于工艺控制不当,形成了一个严重的富钛贫铝贫钒区域,该区域在后期的热加工过程中形成了不同于基体的粗大单相α组织,其硬度明显低于基体硬度,所以X射线检测时呈现亮条纹形貌;这是一种典型的软偏析冶金缺陷。     

回转窑托轮铸造缺陷焊接修复

本文阐述了回转窑托轮铸造缺陷的焊接修复过程，分析了材质为ZG42CrMo铸件的焊接性，进而提出了相应的焊接修复工艺。焊接后，进行了外观目测、无损检测、硬度检测等质量检测均为合格，成功的修复了托轮中的铸造缺陷，确保了产品质量，节约了生产成本，取得了良好的经济效益。为类似的相关产品的修复提供了宝贵的经验，在实际生产中具有较高的指导意义。     

大型钛合金泵体的特种砂型铸造工艺研究

目的 以大型钛合金泵体为研究对象,研究特种砂型铸造工艺。方法 采用铝制模具,以铝矾土混合物为填料进行造型,氧化钇料浆为面层涂料,经高温烧结后制备成大型钛合金泵体铸造用特种砂型铸型,在真空自耗凝壳炉中进行熔炼浇注,并对铸件外观、冶金质量、成分性能及尺寸进行检验测试。结果 用该铸造工艺研制的大型钛合金泵体铸件成型完整,铸件表面光洁度可达到6.3 μm;铸件的化学成分和力学性能可以满足ASTM B367中C3的指标要求;经热等静压后铸件内部质量达到了ASME 1320中7级;荧光检测结果满足ASME B16.34中的标准,铸件尺寸精度可到达CT9级的要求。结论 铸件检测结果表明,该特种砂型铸造工艺可以实现大型钛合金铸件的制造。     

真空吸铸条件下充型速度对薄壁铝合金铸件内部质量的影响

研究了薄壁铝合金铸件真空吸铸充型速度对其内部质量的影响,对一种φ200mm×180mm,壁厚为2.6mm的薄壁铸件,分别采用25mm/s,40mm/s和先用25mm/s充型6s,再用40mm/s三种充型速度,用X射线检测铸件的内部质量.结果表明,充型速度为25mm/s时,铸件内部气泡、夹杂缺陷很少,但铸件未成形;充型速度为40mm/s时,铸件成形完整,但内部气泡、夹杂缺陷多;采用先慢后快的充型速度时,铸件成形完整,且铸件内部缺陷很少.     

石墨铸型材料对钛合金内环铸件冶金质量的影响研究

目的研究不同石墨铸型材料对钛合金内环铸件冶金质量的影响。方法试验选取颗粒直径分别2,0.8,0.04 mm的3种典型石墨材料,制备内环石墨铸型,采用离心浇注,然后对3种不同石墨材质研制的ZTC4钛合金铸件进行表面目视检验、荧光和X光检测。结果 2,0.8,0.04 mm这3种颗粒直径的石墨铸型材质研制的铸件表面外观和荧光质量依次提高,其中荧光缺陷平均数量依次为21.4,13.9,2.2个/件;铸件内部缺陷数量均小于1.5个/件,夹杂均小于0.7个/件。结论不同颗粒度直径的石墨铸型对铸件的外观和荧光质量会产生显著的影响,而对铸件内部冶金质量影响较小。     

Ti321钛合金轴箱铸件石墨型铸造工艺研究

目的 研究钛合金高铁轴箱铸件采用石墨铸型工艺时,铸件尺寸、成形及内部质量控制技术。方法 通过对高铁轴箱铸件的结构特点进行分析,针对铸件结构复杂、尺寸比较大、铸件成形比较困难、容易变形的特点,开展了铸型结构设计、铸件尺寸控制技术和铸件成形工艺等方面研究。采用多活块组合的石墨铸型,设计底注开放式浇注系统,利用Procast软件对高铁轴箱铸件的浇注方案进行了模拟分析。选用Ti321合金,设定合理的浇注参数,利用真空自耗电极凝壳炉对铸件进行浇注。结果 铸件成形良好,经过热等静压和后精整后的铸件,铸件内外部冶金质量和性能指标,满足客户标准要求,验证了方案的合理性。结论 铸件的计算机模拟对铸件工艺的设计提供了技术支撑,高铁轴箱铸件采用的石墨型浇注工艺比较合理。     

Computer simulation of the solidification of cast titanium dental prostheses

Temperature distributions in titanium dental castings and molds are of great influence on the quality of titanium dental castings, and few efforts have been made in the numerical simulation of heat transfer in the process for casting titanium for dental applications. A finite difference scheme of the component-wise splitting method, which is unconditionally stable, was developed to solve the three-dimensional heat transfer problem for titanium dental casting during the investment cast and centrifugal cast process. 4 kinds of runner system were simulated and the computational efficiency were analyzed by the component-wise splitting method and the explicit finite difference method, the results shown that the techniques used in the current research can greatly improve the computational efficiency of the simulation system. The porosity predictions of 4 kinds of runner system were carried out with the simulation program. The predicted results were in good agreement with those of literatures.     

ZTC4钛合金铸件组织晶粒度测定及评估方法研究

目的 针对大型复杂精密钛合金铸件等飞机关键结构件组织和性能的评估,提出了一种ZTC4钛合金铸件组织晶粒度的评估及分析方法。方法 通过对各类钛合金典型铸件的结构复杂性、凝固过程等关键因素进行分析,对铸件组织随机取样、试样制备与试样显示、试样检验、图像自动拼接、晶界描绘、图像处理测量和数据统计分析的组织定量表征方法。结果 确定铸件在取样过程中需要关注的重要因素,如壁面厚度变化、筋板的交接状态、铸型的种类以及浇冒口位置等,建立了反映铸件上性能的取样原则,建立了基于像素统计的组织定量表征方法,涵盖了晶粒最大尺寸、最小尺寸、平均尺寸和晶粒不规则度等指标。结论 该方法可以真实、准确、定量地反映钛合金铸件的显微组织特征,为钛合金铸件的综合评估提供基础数据支撑。     

ProCAST软件在铸造凝固模拟中的应用

为研究铸造工艺对铸件质量的影响,利用计算机进行了铸件的凝固模拟.介绍了有限元软件Pro-CAST的组成模块、功能以及应用,在应用实例中利用ProCAST软件模拟预测了铸件砂铸工艺中产生的宏观缩孔缺陷.研究表明:铸件中存在模拟预测的宏观缩孔缺陷;对浇注系统和冒口设置参数进行了优化,优化后的工艺提高了铸件产量,降低了成本;模拟结果表明,铸造模拟软件ProCAST能够准确地预测铸件在充型凝固过程中可能产生的缺陷.     

球墨铸铁球化不良和衰退的仿真研究

在球铁件缺陷诊断的神经网络模型基础上 ,借助于MATLAB环境中的NEURALNETWORKTOOLBOX工具箱 ,对球铁件球化不良与球化衰退和一些主要影响因素间关系进行了仿真研究 ,并对得到的仿真趋势图进行了详细的分析。仿真表明 ,严格控制各化学成分及浇注温度可有效地消除球化不良和衰退 ,对提高球铁件质量及控制球铁生产工艺参数具有积极作用。该方法大大方便了球铁缺陷的分析 ,可有效地应用于实际生产中。     

Numerical simulation of the casting process of titanium removable partial denture frameworks

The objective of this work was to study the filling incompleteness and porosity defects in titanium removal partial denture frameworks by means of numerical simulation. Two frameworks, one for lower jaw and one for upper jaw, were chosen according to dentists recommendation to be simulated. Geometry of the frameworks were laser-digitized and converted into a simulation software (MAGMASOFT). Both mold filling and solidification of the castings with different sprue designs (e.g. tree, ball, and runner-bar) were numerically calculated. The shrinkage porosity was quantitatively predicted by a feeding criterion, the potential filling defect and gas pore sensitivity were estimated based on the filling and solidification results. A satisfactory sprue design with process parameters was finally recommended for real casting trials (four replica for each frameworks). All the frameworks were successfully cast. Through X-ray radiographic inspections it was found that all the castings were acceptably sound except for only one case in which gas bubbles were detected in the grasp region of the frame. It is concluded that numerical simulation aids to achieve understanding of the casting process and defect formation in titanium frameworks, hence to minimize the risk of producing defect casting by improving the sprue design and process parameters.     

增材制造技术在航空铸造领域的应用

增材制造技术是一种兼顾精准成型和高性能的一体化制造技术,其产品因生产周期短、成本低和复杂结构构件制备等方面的优势而备受关注,在多个领域都有所应用。铸造技术作为一种典型的传统工艺,在复杂结构构件和大型件制造方面也具有独特优势,即使在材料加工技术日新月异的今天也无法被取代,但铸造技术也因为长周期、复杂成型件的冶金及尺寸缺陷控制困难等因素的限制,需要谋求新的工艺发展方向。对于航空铸件而言,缩短研制周期,提高冶金质量尤为重要,本文旨在探讨增材制造技术在航空铸件制造方向的应用,将增材制造技术与传统的铸造技术进行深度融合,实现航空铸件短周期、低成本、高性能、精确成型和功能优先设计。     

精密铸件反重力铸造凝固组织与缺陷控制研究进展

镍基高温合金、钛合金和铝镁合金等精密铸件是航空航天重大装备中重要的热端部件,目前,更高的使用温度、更大的构效比和更高的机动性等航空航天装备建设的需求,促使精密铸件向大型化、复杂化和薄壁化方向发展。反重力铸造技术具有充型稳定、压力可控等优点,是生产优质精密铸件的理想方法。早在20世纪70年代,国外就能够利用反重力精密铸造技术制造大型精密铸件。近年来,我国一些高校和研究院所也相继在反重力铸造方面开展了大量研究,在铝镁轻合金方面积累了大量经验,也具备了小批量生产能力。目前,国内的产品技术水平与国外还有一定的差距,特别是在高温合金反重力铸造方面,国内还处于起步阶段。在精密铸造过程中,疏松、裂纹、变形和尺寸超差等各类铸造缺陷的形成严重影响了铸件的使用性能,降低了铸造产品的合格率。基于此,结合反重力铸造工艺原理及技术特点,概述了反重力铸造技术的应用现状,详细综述了精密铸件反重力铸造过程中组织、缺陷的形成规律和重要的铸造缺陷预测模型,并对反重力铸造技术的发展趋势进行展望。     

Use of vacuum for counter-gravity casting of metals

 The use of vacuum to fill molds to form investment castings in a countergravity casting fashion was started in the early 1970s. This paper describes how the processes work and the reasons for their advantages in cost, quality, and process control. Countergravity casting is being done in sand, permanent, and investment (lost wax) ceramic molds and alloys are cast in air and inert atmospheres. The process started with common steels, was extended to heat resistant superalloys, and recently even titanium alloys are being cast routinely using ceramic crucibles. The use of a unique mold design enables a great reduction in metal cast to yield a given part, thereby greatly reducing the energy use in making such castings. Computerized control of the rate of vacuum application enables complete control of filling rates, permitting casting of very high quality castings in very viscuous metals, such as metal matrix composites of aluminum. These processes are used to produce more than $200  million worth of castings annually and this will greatly increase in the next few years due to the production of automotive exhaust manifolds in stainless steel. Received: 21 July 1998 / Accepted: 10 September 1998