高溫合金精密鑄造的案例
航空發動機用高溫合金的鑄造、鍛造工藝
本文作為補充內容，介紹航空用高溫合金的加工工藝，包括鑄造工藝、鍛造工藝，以及鑄件、鍛件在航空發動機零部件的應用。
注：高溫合金原材料的加工還有熔煉工藝，可以參考轉發的文章
鎳基合金VIM+ESR+VAR三大熔煉工藝簡析 (qq.com)
鑄造工藝
航空發動機零件使用最多的是熔模鑄造工藝，特點是可以獲得最終尺寸的零件，并且成本相對較低。但是鑄件常見問題如氣孔、偏析等，機械性能無法跟鍛件相比。
航空發動機中，使用鑄件的零部件有渦輪葉片、風扇框架等，主要的制造工藝是：真空感應熔煉、鑄造、機加、精整。
從顯微組織結構上看，鑄件可分為3大類：
等軸晶鑄件，主要用于制造低壓渦輪零部件。工藝的特點是液態金屬的凝固速率只受限于膜殼的散熱能力。為了控制熱量損失的速率，膜殼通常都是絕熱的。所獲得的鑄件產品是多晶體結構，晶粒生長方向也是隨機的。
定向凝固，主要也是用于制造低壓渦輪零部件。基本原理是使用冷卻機構從一端吸收熱量，使得鑄件只沿著一個方向凝固。
單晶凝固是鑄造工藝的特殊應用，只用于承受最高溫度的應用，比如高壓渦輪葉片，燃燒室零部件等。其原理跟定向凝固相同，控制凝固溫度梯度；區別是單晶需要使用籽晶，使得液態金屬凝固時，能夠沿著擇優晶向生長，最終獲得只有一個晶粒的產品。當今世界上先進的發動機高壓渦輪葉片都是100%單晶。什么時候開始的呢？30年前！
單晶爐示意圖：
高溫合金由于其合金化元素超過10種以上，最常見的問題第一個就是偏析，所以，高溫合金必須通過均勻化熱處理消除偏析。當合金錠偏析嚴重無法消除時，可以使用粉末冶金技術，但缺點是成本較高。如下圖，單晶葉片配粉末盤。
鍛造工藝
航空發動機中，使用鍛件的零部件有盤、鼓筒軸、風扇和壓氣機葉片等，主要的制造工藝是：熔煉、轉坯、鍛造、機加、精整。
展開 整機丨621所：航空發動機用鎳基鑄造高溫合金及熱處理工藝研究
本文主要論述了鎳基鑄造高溫合金及其熱處理工藝技術的研究進程，并對其進行了總結和分析，對未來進行展望，為后續的工業生產提供參考。
1 鎳基鑄造高溫合金的發展歷程
鎳基鑄造高溫合金是高溫合金領域中的重要組成部分，在各類精密鑄件生產過程中具有較為突出的優勢，其主要原因就是這種材料耐高溫、高抗氧化和耐腐蝕性的性能。早期的鎳基高溫合金主要為變形合金，在20 世紀50 年代后期，隨著航空發動機技術的發展，發動機渦輪部件的承溫能力要求越來越高，這就對高溫合金的強度和使用溫度提出了更高的要求。而提升鎳基高溫合金強度的方法便是提高合金的合金化程度，導致鎳基高溫合金越來越難以變形甚至不能變形，只能采用鑄造工藝生產。另外，隨著發動機葉片設計技術的發展，出現了空心氣膜孔冷卻葉片。這種具有復雜內腔的空心葉片，只能夠采用熔模鑄造的工藝進行生產。在這種需求下，國內外逐漸發展出了一系列具有良好高溫性能的鎳基鑄造高溫合金牌號。
鎳基高溫合金材料在20 世紀40 年代初期的英國被首次發現，其在噴氣式航空領域的應用使很多工業生產商注意到了合金材料性能的重要性。英國于1941 年首先生產出鎳基合金Nimonic75 (Ni-20Cr-0.4Ti)，在之后很長一段時間內，美國和蘇聯等發達國家也先后研制成功類似的合金材料，而中國在20 世紀50 年代后期也相繼開發出了一些相同性質的合金材料。
研究鎳基鑄造高溫合金的發展歷史就不難發現，它大致有兩個方向的研究路徑：一是通過對合金成分的調整和組合，研究不同元素添加比對合金性能的影響，進而獲取最優的元素和成分比；二是通過對鎳基鑄造高溫合金生產工藝、生產設備的優化和改進，提升合金的制備技術。
展開 《中國航空材料手冊》第2卷.變形高溫合金.鑄造高 第10卷
《中國航空材料手冊》第2卷.變形高溫合金.鑄造高 第10卷
《中國航空材料手冊》第10卷.pdf
《中國航空材料手冊》第2卷.變形高溫合金.鑄造高.pdf
CA精密鑄造技術
CA精密鑄造技術就是將計算機輔助工程應用到精密鑄造過程中，并結合其他先進的鑄造技術，以高質量、低成本、短周期來完成復雜產品的研發和試制.
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熔模精密鑄造介紹
熔模精密鑄造介紹
熔模精密鑄造是在古代蠟模鑄造的基礎上發展起來的。作為文明古國，中國是使用這一技術較早的國家之一，遠在公元前數百年，我國古代勞動人民就創造了這種失蠟鑄造技術，用來鑄造帶有各種精細花紋和文字的鐘鼎及器皿等制品，如春秋時的曾侯乙墓尊盤等。曾侯乙墓尊盤底座為多條相互纏繞的龍，它們首尾相連，上下交錯，形成中間鏤空的多層云紋狀圖案，這些圖案用普通鑄造工藝很難制造出來，而用失蠟法鑄造工藝，可以利用石蠟沒有強度、易于雕刻的特點，用普通工具就可以雕刻出與所要得到的曾侯乙墓尊盤一樣的石蠟材質的工藝品，然后再附加澆注系統，涂料、脫蠟、澆注，就可以得到精美的曾侯乙墓尊盤。
現代熔模鑄造方法在工業生產中得到實際應用是在二十世紀四十年代。當時航空噴氣發動機的發展，要求制造象葉片、葉輪、噴嘴等形狀復雜，尺寸精確以及表面光潔的耐熱合金零件。由于耐熱合金材料難于機械加工，零件形狀復雜，以致不能或難于用其它方法制造，因此，需要尋找一種新的精密的成型工藝，于是借鑒古代流傳下來的失蠟鑄造，經過對材料和工藝的改進，現代熔模鑄造方法在古代工藝的基礎上獲得重要的發展。所以，航空工業的發展推動了熔模鑄造的應用，而熔模鑄造的不斷改進和完善，也為航空工業進一步提高性能創造了有利的條件。
我國是于上世紀五、六十年代開始將熔模鑄造應用于工業生產。其后這種先進的鑄造工藝得到巨大的發展，相繼在航空、汽車、機床、船舶、內燃機、氣輪機、電訊儀器、武器、醫療器械以及刀具等制造工業中被廣泛采用，同時也用于工藝美術品的制造。
展開 不銹鋼精密鑄造小知識
五金件沖壓件生產廠家今天要分享的是一些不銹鋼精密鑄造的小知識。
(1)嚴格的涂裝質量控制和管理
不銹鋼公司的工作人員要定期監測涂料漿液中粘結劑提取物的膠凝時間，堅決丟棄已經變質的涂料，尤其是表面涂層。
(2)保證外殼具有良好的導熱性
確保蠟模表面層在蠟模整體膨脹前熔化；同時保證外殼表層具有良好的透氣性，減少整個蠟模因熱膨脹而產生的張力，防止外殼開裂。
(3)提高殼的干燥速度
殼式干燥機，殼強度越高，蠟模在脫蠟過程中的膨脹能力越強。不銹鋼精密鑄造外殼不易開裂。
(4)毛刺缺陷位置的能譜分析
同時，適當的殼干燥速度也保證了殼內殘留水分較少，脫蠟時不會暴露在高溫蒸汽中，發生異常沸騰，從而避免局部開裂和外殼開裂。
展開 德國Optris PI 05M：超短波長紅外熱像儀，專為超高溫精密測量而生
德國Optris PI 05M是一款專為非接觸式測量超高溫目標而設計的精密紅外熱像儀。它在0.50–0.54 μm的超短波長紅外范圍內工作，具備900°C至2450°C的寬廣連續測量范圍。這款熱像儀尤其適用于熔融金屬、超高溫材料的溫度分析，以及近紅外（NIR）和二氧化碳（CO2）激光加工等苛刻應用。
德國Optris紅外熱像儀生產廠家：https://www.shphgd.com/
德國Optris PI05M紅外熱像儀：https://www.shphgd.com/products_details_id_17.html
技術原理與應用優勢
金屬及光亮材料在長紅外波段通常表現出低發射率，導致測量結果不一致。PI 05M的超短波長設計恰好與大多數金屬材料的高發射率峰值相匹配，從而確保了更可靠的遠程溫度測量。此外，根據普朗克輻射定律，物體在短波長范圍內輻射的能量更強，這有效減少了發射率變化對測量重復性的影響。因此，在超高溫環境下對光亮材料進行測量時，PI 05M在精度和準確性上顯著優于傳統的長波長紅外熱像儀。
高性能成像與靈活配置
PI 05M搭載了高動態CMOS探測器，提供多種分辨率與幀率組合，以適應不同的應用需求：
高分辨率模式：在764 x 480像素分辨率下，以32 Hz幀率運行，提供細節豐富的清晰成像。
高速模式：在382 x 288像素分辨率下，幀率可達80 Hz，適合捕捉快速移動的目標。
超高速模式：在72 x 56像素分辨率下，幀率高達1 kHz，能夠精準監測快速變化的溫度過程。
線掃描模式：支持764 x 8像素分辨率下的1 kHz寬子圖像模式，特別適用于對連續生產線進行精確的溫度監控。
展開 鑄造鋁需求升 鴻特精密擬在臺山建廠
鑄造鋁需求升 鴻特精密擬在臺山建廠
元月6日訊：近期，廣東鴻特精密技術股份有限公司（以下簡稱：鴻特精密）宣稱，已經與廣東省臺山市水步鎮人民政府達成初
步投資合作意向。為擴大生產經營規模，公司擬在臺山市水步鎮工業園區，投資建設年產3.5萬噸汽車發動機精密鋁合金壓鑄加
工件生產制造基地，鑄造鋁需求繼續攀升。
據了解，鴻特精密為廣東大型鋁壓鑄企業，主要生產汽車類壓鑄件以及通訊類壓鑄件，年產量超過500萬件，年銷售額超過3
億元。主要產品為汽車油底殼、變速箱外延室、發動機前蓋以及軸承座等產品，客戶主要集中在東風本田汽車有限公司、福特
以及長安馬自達等知名汽車生產企業，油底殼總成以及發動機前蓋總成這些產品大都為客戶獨家供應商。而鴻特精密主要原材
料為鑄造鋁合金，主要供應商為廣東華勁金屬型材有限公司，向其采購比例超過80%。
此次鴻特精密在臺山投建的新廠第一期用地約266畝，第二期規劃用地約255畝為預留發展用地，用地出讓價格按臺山市工業用
地最低標準70%執行，同時還將享受相關稅收政策以及項目建設收費減免。新工廠投建后，無疑將對當地鑄造鋁消費產生拉動。
（環球壓鑄網）
展開 Moldex3D模流分析金屬脫蠟精密鑄造之異型水路設計
為什么使用異型水路?
異型水路是一種特殊的冷卻水路設計。冷卻水路的配置可以做到幾何變化非常彈性與復雜。對于射出成型的主要的幫助是可以縮短成型周期時間(可達20 ~ 60%)、提升產品尺寸精度、改善表面凹痕…等。異型水路的定義是指模具內用來進行冷卻或加熱的水路是隨著模具的成品表面保持一定距離，以利有效的控制與管理模具的溫度條件。在幾何復雜的產品中，此種水路設計將可以有效移除傳統水路無法深入或到達區域的積熱。因此，提供更好的冷卻效率、縮短周期時間而降低生產成本，幫助提升產品質量等優點，是我們采用異型水路的主要原因。
挑戰
? 如何減少塑件射出成型中常見的問題，包含凹痕、翹曲、周期時間過長等
? 優化冷卻水路系統的設計以達到模溫差與翹曲變形量最小化的需求
? 改善冷卻效率 (幫助用戶達成產品的質量要求)
Moldex3D 解決方案
? 預測要達到期望的成型周期時間所需要的冷卻液流率為何
? 預測冷卻水路設計中可能發生的壓力損耗問題
? 避免冷卻水路設計中有渦流/死水的區域
? 透過真實三維的網格技術來模擬隔板與噴泉水路的設計
展開 技術詳解：精密鑄造行業熔模3D打印解決方案
精密鑄造的工藝流程
精密鑄造的工藝優勢
【快】速度快、成本低，2-3 天即可獲得消失型模，滿足多品種、小批量的業務需求
【優】可以打印出具有復雜空間結構的蠟模，尺寸精度接近模具壓型蠟模
【凈】僅0.05%灰分殘留，不含重金屬元素，不污染鑄件
【精】型模表面質量好，細節表現力強。經處理后表面粗糙度可達Ra1.6，最小打印尺寸僅0.3mm
什么時候需要SLA快速精密鑄造？
●工藝設計優化
●緊急交期
●少量（50件以內），制作模具費用較高時
●結構特殊，無法開模
●測試件、原型驗證
鑄造流程工藝細節剖析
一、型模制作
●前處理軟件的抽殼功能，把型模處理成空心結構：大大減少樹脂原料的消耗，節省大量成本；基本消除了樹脂在后期處理過程中的膨脹問題；大大減少了出去型模步驟殘留的灰燼量
●3D打印制作型模：無論何種復雜程度，可快速制作型模。免去開模程序，節省大量的時間和費用。
●所需軟件：聯泰科技Polydevs前處理軟件
Polydevs前處理軟件在數據處理時可自定義抽殼壁厚、內部支撐臂的長和寬、可自由選擇位置來放置排料孔，輕量化處理避免脫蠟時脹殼問題。
●所需設備:聯泰科技SLA設備Lite600
●材料：Somos光敏樹脂111222、Element
具有非常低的灰分含量。并且表民灰分非常容易被清潔，同時具有粘度低、尺寸穩定、部件表面光滑、表面處理容易、產品穩定等特點。
展開 
Moldex3D仿真分析之脫蠟精密鑄造解決方案
為什么使用金屬脫蠟精密鑄造?
射出成型制程能以單一工法大量生產結構復雜的產品，從塑料、含玻璃纖維的復合材料到金屬材質，都可以透過射出成型進行量產，滿足大部分的設計需求且廣受業界青睞。針對難以加工的金屬材料，業界則常使用脫蠟法(或稱為包模鑄造法)來滿足金屬鑄件對精密度和表面亮度的要求。目前脫蠟精密鑄造已廣泛應用于各式產品，舉凡高爾夫球頭、醫療人工關節或是機械五金件，特別可應用在針對強度和抗腐蝕要求較高的管閥制品及航天、船用及車用渦輪部件。這個特殊制程可以成功協助業者大幅降低二次機械加工成本。
挑戰
脫蠟精密鑄造主要涵蓋六個步驟：1)蠟經過射出成型成蠟模 2)蠟模塊合成蠟樹3)形成殼模 4)脫蠟 5)將金屬液注入殼模后凝固 6)敲破殼模得到鑄件毛胚。蠟模的外觀和尺寸會直接影響殼模能否生產合乎規格的鑄件，此外蠟模生產的效率也會影響大量鑄造的能力。然而蠟模的制程仍存在許多問題和挑戰，例如：充填不飽滿、流痕、凹陷及變形等等，這些問題通常必須經由二次加工來修復，導致額外的生產時間和成本支出。
Moldex3D 解決方案
蠟的性質與射出成型常用的塑料和鑄造金屬不同，因為具有較大的體積收縮率，蠟模容易發生收縮問題，這也是脫蠟過程中頭痛的問題之一。蠟同時也是熱的不良導體，因此蠟模容易發生固化不足以及產生表面凹痕缺陷。
Moldex3D脫蠟精密鑄造解決方案(見圖一及圖二)，提供塑料成型之外的模具設計解決方案，從塑料成型拓展到精密鑄造領域，可幫助精密鑄造業者進行射蠟成型條件優化，降低成型過程潛在缺陷的發生機率，準確預測蠟模收縮后的尺寸，達到模具尺寸的優化。除此之外，Moldex3D設有專業的材料實驗室 ，具備全方位的材料檢測能力，包含：黏度、體積膨脹率、熱傳導系數、比容及比熱等蠟的特性量測，提供產業界一個全方位的脫蠟精密鑄造解決方案。
展開 有效防止精密鑄造蠟模變形？8種有效措施可收藏！
熔模鑄造在生產中較多采用糊狀模料，這主要由于糊狀模料比液態模料收縮小、凝固快、生產率高。在壓型一蠟模一鑄件的生產過程中，蠟模的尺寸穩定性和變形程度，極大地影響了鑄件的質量狀態。
針對易變形件要從第一道工序一射蠟就采用在蠟模中放入阻礙物限制收縮變形，開澆道根后粘澆道，壓蠟后在水中冷卻等有效措施，使蠟模處在一個良好的質量狀態之下。大量生產實踐證明，這些預防措施是有效并且十分必要的。
1. 在蠟模中放入阻礙物限制收縮變形
精鑄件右頁結構見圖1，因需保證門的回轉良好，故兩個Ф10．5mm的孔要求同軸，客戶要求用專用銷軸檢具全檢，并且專用銷軸一端要自由落體式無障礙地穿過兩個孔。原來的生產工藝為：壓蠟后，壓型放入水中冷卻30min后取出蠟模。
鑄件用專用銷軸穿兩個Ф10．5mm的孔，因兩孔不同軸，銷軸穿不進去，需要100％校正，而且變形沒有一點規律，極大增加了校正工作量，嚴重拖后生產進度。
針對此情況，改進了工藝，經過計算，做了10根Ф10.80-0.1mm的銷軸，在壓制右頁蠟模后，就將該銷軸在Ф10.5mm孔處穿入蠟模，之后一并放入水中，冷卻30min后取出，針對這些蠟模做了兩種方法：一種是修蠟模后直接組樹，另一種是再在上面粘一條拉筋，見圖1。鑄件生產出來用銷軸檢測，僅有1件兩孔略偏斜，其余則完全符合要求，此1件偏斜的右頁，稍一校正即可符合要求。經歸類，發現第一種方法未粘拉筋的就已經滿足生產要求，可投入批量生產。
5×5BT閥套精鑄件閥套的4個爪有嚴格要求，爪的外圓要求加工，必須保證足夠的加工量，露黑皮不行。為此，在蠟模和鑄件上均有專用樣板檢測爪尺寸變化(見圖2)。
原來的工藝為：壓蠟后放入水中冷卻40min后取出蠟模。
展開 精密鑄造生產技術和控制要點，圖文詳解，必須收藏
技術和控制要點
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航空發動機用粉末高溫合金及制備技術研究進展
高溫合金(渦輪盤、渦輪葉片等)被譽為燃氣渦輪的心臟，一直受到冶金工作者的關注[1~4]。早期變形高溫合金的強度提高主要是通過合金化來實現，但隨著使用溫度和合金強度要求的不斷提高，其合金化程度也越來越高，以至于鑄錠的合金元素偏析嚴重，熱工藝塑性惡化，使常規鑄鍛工藝制造渦輪盤時變形加工變得非常困難，粉末冶金高溫合金的應用是解決這一問題的有效途徑[5~9]。20世紀60年代初，氣霧化粉末制備技術開始興起，1965年發展了高純高溫合金粉末制備技術[10,11]，隨后制備出粉末高溫合金渦輪盤[12]，并于20 世紀70 年代首先應用于軍用飛機發動機上。粉末高溫合金的優勢在于，霧化制粉過程中微米級直徑的合金液滴快速凝固形成粉末顆粒，粉末組織均勻、晶粒細小，多為細樹枝晶或胞晶。從Ar 氣霧化高溫合金粉末[13]和普通鑄造鎳基高溫合金[14]的顯微組織中可知，粉末的枝晶間距較傳統鑄造高溫合金小1 個數量級以上，其成分偏析也被限制在球形粉末顆粒內細小的枝晶尺度范圍內，從而達到均質化的目的。
采用粉末高溫合金可顯著提高力學性能和熱工藝性能。近幾十年，隨著合金和制備技術的快速發展，粉末高溫合金已成為目前高性能航空發動機渦輪盤的首選材料。
1 粉末高溫合金的發展
1.1 歐美和我國粉末高溫合金的發展
歐美發達國家和我國在先進航空發動機中廣泛采用粉末高溫合金渦輪盤，先后研制出四代粉末高溫合金(圖1)，在軍、民用航空發動機中得到了應用。典型的粉末高溫合金成分如表1[5,15,16]所示。
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