PDF《大型复杂薄壁类钛合金精铸件的研制》

收稿日期 :2000 -

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30 大型复杂薄壁类钛合金精铸件的研制 The Study of Large Thin2wall Complex Integrated Titanium Precision Casting 北京航空材料研究院 南海谢成木 华中理工大学 魏华胜 林汉同 摘要 :介绍了采用 ZTC4 钛合金、 热等静压和熔模精密铸造成型技术研制某飞机钛合金精铸件的过程.

铸件外型尺寸为 630mm * 300mm * 130mm ,最小壁厚仅为 2. 5mm ,为复杂的框形结构件. 主题词 :大型精密铸件 钛合金 热等静压 Abstract :Developing process has been introduced of an aeronautical titanium casting of complex constitutional detail of frame with outline dimension of length of 630mm ,width of 300mm and height of 130mm with hot isostatic pressing after investment precision casting of Ti alloy ZTC4. 自从

80 年代中期以来 ,大型、 薄壁、 复杂、 整体、 精密 铸件制造已经成为国外航空、 航天飞行器用的钛合金精 铸结构件制造技术的发展趋势 ,这类铸件整体结构性好 , 可靠性高 ,重量轻 ,加工成本低 ,在航空航天领域内的应 用前景越来越广泛[1~4] .然而 ,由于这类铸件外廓尺寸 大 ,壁薄 ,结构复杂 ,实现近净形铸造的难度很大 ,所以只 有少数发达国家拥有这种先进铸造技术.为了提高我国 钛合金精密铸造技术 ,以及迅速提高我国飞机的飞行性 能 ,本项目采用 ZTC4 钛合金、 热等静压和熔模精密铸造 成型技术 ,研制了某飞机用钛合金精铸件 (图1) .该铸 件外型尺寸为 630mm *300mm *130mm ,最小壁厚仅为 2. 5mm ,为复杂的框形结构.

1 合金材料选取及蜡模的研制 1.

1 合金材料选取 目前 ,我国的该类飞机构件都是采用锻造铝合金毛 坯 ,利用机加工方法制造出来的 ,加工成的构件最小壁厚 大于 4mm ,重量达 5kg 以上.这样的制造过程导致生产 周期长 ,金属利用率低 ,经济效益低.因此 ,在结合国外 飞机采用钛合金精铸件的研究基础上 ,决定采用精密铸 造技术生产该构件. 由于该构件工作温度一般在

200 ℃ 以下 ,受力不大 , 所以选取 ZTC4 钛合金作为精铸用金属材料.ZTC4 钛合 金具有中等强度和良好的综合力学性能 ,铸造性能优良 , 焊接性能良好 ,在退火状态下 ,可在

350 ℃长期工作. ZTC4 钛合金的具体化学成分和力学性能见表

1、 表2. 表1化学成分 合金 牌号 主要合金元素含量( %) 主要杂质不大于( %) Al V Ti Fe Si C N H O ZTC4 5. 5~6.

8 3. 5~4.

5 基体 0.

30 0.

15 0.

10 0.

05 0.

015 0.

20 表2力学性能 合金 牌号 抗拉强度 σ b/ MPa 屈服强度 σ 012/ MPa 伸长率 δ( %) 断面收缩率 ψ( %) 冲击韧性 αK / (kJ/ m) 硬度 HB ZTC4 ≥

835 ≥

765 ≥

5 ≥

12 ≥

295 ≤

321 注 :在退火或 HIP(热等静压、 室温) 状态下测量. 1.

2 蜡模的研制 蜡料是熔模铸造制备蜡模的主要材料 ,目前蜡料种 类繁多 ,性能各异[5~6] .根据铸件结构不同 ,采用性能符 合要求的蜡料 ,才能制取合格的蜡模.由于该铸件是框 形复杂薄壁件 ,壁厚最薄处只有 2. 5mm ,如果采用一般的 强度不高、 流动性差的蜡 ,蜡模压型不易充满 ,而且取出 蜡模时 ,容易断裂 ,所以决定采用高强度蜡料 ,并且通过 进行蜡料强度性能测试 ,探索出合适的压蜡工艺参数. 图1ZTC4 钛合金精铸件 通过对已有的高强度蜡料(蜡料的抗弯强度σ b = 3.

9 MPa ,灰分 <

0.

05 %) 和抚顺石化研究院新研制的高强度 蜡料(蜡料的抗弯强度σ b = 7MPa ,灰分 <