的应用“热静压”消除精密铸造涡轮叶片缩松缺陷试验与研究.pdfVIP

应用“热静压消除精密铸造涡轮叶片缩松缺陷 的试验研究 无锡山发精铸科技有限公司 陈建种唐浩军唐亚俊 浙江大学 包彦垫王新节 1 序言 铸造高温合金近二十多年来已广泛应用于生产各种精密铸造涡轮叶片，但由于涡轮叶片使用条 件苛刻，冶金质量要求又高，若在生产时铸造工艺及参数控制不严，以及此种合金固有特性的敏感， 因而在叶片内部就易产生“缩松”“缩孔”和“热裂”等缺陷，致使铸造叶片使用寿命缩短，这也 是精铸涡轮叶片的不足之处，为了减少和消除这些内部缺陷，冶金和铸造工作者正在努力进行研究， 近儿年来我们经过分析、探讨，并经生产实践应用与研究，认为热等静压的方法是目前改善提高精 铸涡轮叶片质量的有效方法之一，热等静压工艺是在高温、高压，并保持一定的时间条件下，使叶 片达到致密化，从而使涡轮叶片中存在的“缩松”“缩孔”“裂纹”等缺陷得到密合或消除。 2试验的目的和方法 目的： 1 提高叶片致密度，改善内在质量。 2 消除叶片“缩松”缺陷，挽救因“缩松”而报废的叶片。 方法：试验是在QuintusQICH80／63型压机上进行。 工作介质为氩气，叶片放入高压容器内，用氧化铝小球作填料，并在保持一定的温度、压力、 时间后随炉冷却。 工作原理简图见图l。 图1热等静压工作原理示意图 3试验铸件的合金及缺陷位置 熔炼方 编 合金牌号 x光检查缺陷位置 热压前缺陷 法 号 d-a M38 真空 l# 缩松 Ni基一1 合金 g悬 吖 _勇 ld 熔炼方 编 合金牌号 X光检查缺陷位置 热压前缺陷 法 号 I 6 上 ．L h 可 V一500 真空 2# 蓑 ‘一C 缩松 Ni基一2 合金 lc l …| 晷 国 Ic。 零 苴出 ． - 。。f1 kI矿 ．’K ， 7i也生 lD卜 非真空 ·K N-155 大气 3# 缩松 Fe一1 合金 中进行 垴 簧帼 J’、--__一^ I t ，盂箩 l f K-13 Fe—13 真空 4# 缩孔 合金 渤 淞8 真空 5# 缩孔 Ni基一1 合金 j口 ：媳 注： ’。叫光底片阴影即缩松 ·——断面上缩松 或缩孔 图2 x光透视检查图 4工艺参数的选择 “热等静压”之所以能有致密作用，根据文献资料，认为它是金属蠕变——-扩散结合过程。本 文也认为孔隙的闭合，可分为二个阶段，首先是通过介质将压力从各个方向等量地传递到零件上， 引起孔的消失，其次是孔的表面相互接触，发生扩散结合，有关其机理解释，本试验正在作深入分 析探讨之中。 从上述试验情况可知，“热等静压”的基本参数应是：温度、压力和时间。 1 温度：是各参数中促进孔隙闭合最重要的因素。 对具体合金而言，随成份及性能要求不同，所选定的热压制度应不相同。 对温度的选择，在一定温度范围内应愈高愈好，但若考虑到合金组织的变化，则应愈低愈好。 高温合金决定高温强度的主要相17，而r7相的溶介温度在1050、1220。C的范围内，随温度 升高r7相才不断溶解，而合金的蠕变强度也迅速下降，以M38 Ni基一1 合金为例，见表l。 表1 938 Ni基一1 合金的强度变化 kg／mm2 矽 ％ 温度℃ ％kg／mm2 T02 万 ％ 1000 51．2 38．4 22 64 1093 16．87 6．6 20．2 35．3 1121 9．2 2．8 27．2 48 1149 4．1 O．35 19．1 57．4 1176 4．2 0．31 10．9 76．8 从上表可知，随温度升高，强度明显下降，温度选得高，有利于加速蠕变过程，促进孔隙闭合， 加快原子扩散，促进扩散结合，但温度过高会使合金组织中的r7相长大，而M38Ni基合金液的相 线温度为1330℃，固相线温度为1260℃左右，结合表1M38温度选择在1150’1200℃，试验结果孔 隙闭合情况随温度升高而达到全闭合。 2 压力：压力也是重要因素之一。 提高压力有利于孔隙闭合过程，因为蠕变速度与所受应力，7次方 一 成正比 r／ 3～7 。 特别是某些合金在提高温度上是受到了种种限制，故更有必要采用提高压力来弥补不足，根据设备， 本试验选用了1150’1250大气压力。 3 时间：由于是蠕变——扩散结合，时间就是一个重要参数，时间短了不闭合，时间长则 组织变化会使r7增大，其性能就会下降，对生产来讲，时间长也不经济，因此宜根据叶片缩松位置 选取2’5小时。 5结果 1 闭合作用 叶片的外形见图2，经x光检查在叶根和过渡端处有不同程度缩松或缩孔，经热等静压后都基 本消除。 1 缩松的闭合 ①X光的检查 热压前后经X光检查缩松质量改善情况见表2、图3。 表2疏松质量改善 叶片号 热压前的质量 热压后的质量 备注 M38 Ni基一