钛合金熔模铸造技术在飞机制造业中的应用.pdf

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网友aluyuw1近日为您收集整理了关于钛合金熔模铸造技术在飞机制造业中的应用的文档，，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：第26卷第3期2008年5月西安航空技术高等专科学校学报JournalofXi’anAerotechnicalCollegeVol126No13May2008收稿日期:2007209223作者简介:李毅(1974-),男,陕西省眉县人,西飞公司冶金处工程师,研究方向:金属材料。钛合金熔模铸造技术在飞机制造业中的应用李毅(西安飞机工业(集团)有限责任公司冶金处,陕西西安710089)摘要:概述了国内外钛合金熔模铸造技术的应用现状,并简要介绍了北京航空材料研究院、沈阳铸造研究所、贵州安吉航空精密铸造有限责任公司、洛阳船舶材料研究院四家企业的状况;同时提出了现阶段钛合金熔模铸造技术发展中的存在的问题。关键词:飞机制造业;钛合金;熔模铸造;应用增长率中图分类号:V252文献标识码:A文章编号:100829233(2008)03200092031引言钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀性好、与有机体粗容性好、熔点高、高温性能好、无磁性、热膨胀系数小等特点,它被广泛用于飞机、航天器、导弹、船舰、化工设备、仪表等零件的制造中。1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金,由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好,而成为钛合金中的王牌。铸造钛合金由于具有比钢和铝更高的比强度,而且耐腐蚀性强,可在极恶劣的大气条件下使用,工作温度经铝合金高,长时间工作温度可达400℃,所以几十年来,在航空航天工业及航海化工等行业中,得到广泛应用[1]。特别是国外一些性能优异的飞行器为了获得高的飞行性能,都在应用各种复杂结构的钛合金铸件。由于钛在熔融状态下极易氧化,具有很高的化学活性,并与铸造高温合金常用的耐火材料发生化学反应,给钛合金的熔炼、浇注及造型工艺带来很大困难,致使钛和钛合金熔模铸造在长时间未能实现产业化,所以钛合金熔模铸造是一项高科技、高成本的工艺技术。2应用现状钛合金熔模铸造技术是为了满足航空航天技术发展需要而产生的,经过业内人员坚持不懈的努力,终于在20世纪60年代有了突破性的进展,研究出不与熔融钛反应的型壳,在1965年美国发布了第一个钛的熔模铸造技术专利。此后钛合金熔模铸造技术逐步得以在工业生产上应用。20世纪70年代初,钛合金精铸件被正式应用到航空工业上,自此以后,钛和钛合金熔模铸造技术得到了较快发展[2]。2.1国外方面美国1963年钛合金铸件的产量仅为35t,1985年上升到380t,1991年则已达到900t,此后,年增长率保持在20%左右。据美国通用电气公司称,1994年燃气涡轮发动机中铸造产品的比率已达到了16%。今后,钛的精密铸件将逐步代替不锈钢,可实现减少发动机质量10%,并降低成本10%以上。到现在,钛精铸件的产量已占钛铸件生产量的60%以上,并生产出了直径为Φ1320mm,质量为182kg的发动机风扇框架钛精铸件。F100发动机的用钛量高达38%,整个发动机用了25种,130多个Ti-6Al-4V精铸件,用来取代原来的钢制零件,使每个发动机质量减少14kg。目前,大型复杂的发动机中间机匣式风扇框架基本采用Ti-6Al-4V及Ti6242精铸件。日本市场与美国不同,其钛合金铸件几乎都用于化学工业,起初年产量仅有20t。但到1995年,仅铸造钛合金高尔夫球杆头的消费量估计就达500~600t,1996年则达到1000t以上,在开发下一代飞机的国际化分工方面,日本将分担重要任务。为此,日本正在紧跟美国,大力开发熔模铸造,并成功地制造了Ti-6Al-4V空心高尔夫球杆头。西方5个国家共同研制的V-2500发动机的低压压气机的压杆与风扇罩的翼缘也是日本生产的,其材质为Ti-6Al-4V。前苏联生产的图-144型超速运输机已成功地应用了1120个各种形状和尺寸的钛合金铸件,占整个飞机结构质量的18%。德国钛铝精铸公司采用近α型钛合金IMI834生产了燃气涡轮航空发动机的零部件[3]。2.2国内方面我国从50年代末期开始研究宇航用铸造钛合金,仿制和自行研制了宇航用的几种铸造钛合金,初步满足了目前宇航工业的急需。表1是我国目前已有的几种宇航用铸造钛合金的牌号及其化学成分[4]。根据我国目前发动机的发展水平,这些铸造钛合金暂时是可以满足需要的,但是目前缺少高空歼击机上急需取代30CrMnSiA的高强度铸造钛合金及能在500℃以上或更高温度工作的合金。这方面中国落后于美国和俄罗斯。经过40余年的研究与发展,我国的钛合金铸造已日趋成熟,其熔模铸造工艺主要有:石墨型壳,钨面层陶瓷型壳,特种氧化物面层型壳。我国钛合金熔模铸造的技术水平与国际先进水平比较接近,铸件质量已达到国际先进水平,与国际上钛铸件应用的领域相比,国内在民品应用上占主导地位,主要生产泵、阀、高尔夫球头、人工关节、假肢件等,产品占总量的90%,其中钛合金高尔夫球头铸件出口销售量约占全世界钛合金高尔夫球头铸件出口销售量约占全世界钛合金高尔夫球头总量的40%-60%(包括台湾省)。在航天和武器上的应用在近几年中才有较大发展,但主要用于航天产品、飞机发动机、导弹、武器等领域。目前我国从事钛合金铸造的厂点已达14家,部分钛合金熔模铸造企业的基本状况见表2[5]。表1我国已有的几种航空用铸造钛合金的牌号及其化学成分合金牌号AlVMoZrSnCuSiFeTiZTA1------0.100.25ZTA24.0-6.0---2.0-3.0-0.150.30ZTC34.5-5.5-4.5-5.5-1.5-2.5-0.20-0.350.20ZTC45.5-6.83.5-4.5----0.150.30其余ZTC55.0-6.01.0-2.02.5-3.53.0-4.01.0-2.00.8-1.20.150.6-1.0ZTC65.75-6.5-1.75-2.253.5-4.51.75-2.25-0.130.12表2我国钛合金熔模铸造企业简况序号生产单位精铸型壳类型凝壳炉数量及容量数量/台容量/kg1北京航空材料研究院熔模精铸型壳72602洛阳船舶材料研究氧化物陶瓷型壳31503沈阳铸造研究所熔模精铸型壳21504贵州安吉航空精密铸造有限责任公司氧化物陶瓷型壳21505上海钢铁研究所熔模精铸型壳11006深圳奇丽田高尔夫球头制品公司氧化物陶瓷型壳11007广东顺龙球头公司氧化物陶瓷型壳31508台湾复盛运动器材事业部氧化锆陶瓷型壳8509台湾远东高尔夫球头制品公司氧化锆陶瓷型壳-2510台湾钜明高尔夫球头制品公司氧化锆陶瓷型壳-25下面主要介绍北京航空材料研究院、沈阳铸造研究所、贵州安吉航空精密铸造有限责任公司、洛阳船舶材料研究院四家企业的状况。北京航空材料研究院是国内最早开展钛合金熔模铸造的单位,试制成功了发动机用的空心叶片、叶轮、支座等多种钛合金精密铸件。该院拥有大型薄壁复杂结构钛合金熔模铸造工艺的成套关键技术,形成了一系列独特的创新技术。其所拥有的高化学稳定性、高耐火度、高强度、高精度、低成本的型壳制造技术国内领先,具有世界先进水平。年产300吨以上钛铸件的生产线,可生产的铸件重量达200kg,尺寸达1

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