水溶性陶瓷芯在航空鋁合金熔模鑄造中的應用

莊緒雷，安慶賀，史興利（鷹普航空零部件（無錫）有限公司，江蘇無錫 214191）

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水溶性陶瓷芯在航空鋁合金熔模鑄造中的應用

莊緒雷，安慶賀，史興利
（鷹普航空零部件（無錫）有限公司，江蘇無錫 214191）

摘要:介紹了水溶性陶瓷型芯在航空鋁合金熔模鑄造中的應用, 闡述了水溶性陶瓷芯在生產(chǎn)使用及工藝控制中存在的問題，通過對水溶性陶瓷芯生產(chǎn)澆鑄實驗證明：水溶性陶瓷芯可以適用于各種內腔結構復雜，且表面質量要求高的中、小鋁合金鑄件。

關鍵詞：水溶性陶瓷芯；鋁合金；熔模鑄造

水溶性陶瓷芯的使用主要用來解決鋁合金熔模鑄件中的復雜內腔及細孔的成形問題。在鋁合金鑄件生產(chǎn)中．常收到來自國外航空客戶數(shù)量不等、形狀各異的細小復雜內腔及表面質量要求高的鋁合金鑄件。鋁合金熔模鑄件的內腔很難清理，尤其是當內腔細薄，形狀復雜時，幾乎無法脫芯。 采用水溶性陶瓷芯可以解決上述問題, 水溶性陶瓷芯是以食鹽為基料，具有陶瓷樣光潔表面，澆注后冷卻到室溫可在水中消溶的型芯 。澆注驗證，應用水溶性陶瓷芯，能獲得內腔易清理、表面光潔，無氣孔等缺陷的熔模精密鋁合金鑄件。

1　水溶陶瓷芯成分及性能介紹

水溶陶瓷芯主要基體材料、耐火材料和增塑劑組成。其中基體材料是水溶陶瓷芯的關鍵，其要具備高溫穩(wěn)定性及良好的水溶性，一般采用鈉鹽或磷酸鹽; 耐火材料主要是保證水溶陶瓷芯的強度，電熔剛玉能夠很好的滿足其要求；增塑劑主要是為了增加陶瓷芯在濕態(tài)具有一定韌性，減少陶瓷芯的斷裂，通常采用石蠟。除了上述的配方之外，陶瓷芯在經(jīng)過燒制之后，還需要再表面涂一層防水層，保證陶瓷芯在脫蠟等環(huán)節(jié)能夠承受200 ℃水溫的侵蝕，保證鑄件表面良好。

我們公司應用的水溶陶瓷芯主要用于熔模鋁合金鑄造，包括普通重力澆注及低壓澆注。水溶芯的主要性能體現(xiàn)在中低溫時耐腐蝕性，保證在壓蠟、制殼、脫蠟這些過程中不吸水，可溶性鹽不析出；能夠耐一定的高溫，保證模殼中蠟能夠充分的焙燒；高溫時具備足夠的強度，承受低壓澆注的壓力；澆注后能夠方便清理。

2　水溶性陶瓷芯應用

隨著航空業(yè)務的不斷發(fā)展，我們公司在最近幾年陸續(xù)開發(fā)了多款復雜型腔的鋁合金鑄件。這些產(chǎn)品應用在航空發(fā)動機、航空液壓系統(tǒng)、飛機飛行控制系統(tǒng)等部位，水溶性陶瓷芯的成功開發(fā)，是這些產(chǎn)品成功的關鍵。

典型零件有：①端蓋（圖1），應用于航空發(fā)動機，材料是A356-T6；②法蘭（圖2），應用于飛機液壓系統(tǒng)，材料是AMS 4218；③蓋子（圖3），應用于航空發(fā)動機，材料是AMS4215。

圖1　水溶性陶瓷芯及鑄件

圖2　水溶性陶瓷芯及鑄件

圖3　水溶性陶瓷芯鑄件

3　對水溶性陶瓷芯要求及使用時出現(xiàn)過的問題

把水溶性陶瓷芯用于鋁合金熔模精密鑄造．需要滿足以下要求：

(1)具有較高的熔點，澆注鋁合金時不能熔化；（2）具有較好的化學穩(wěn)定性和良好的熱穩(wěn)定性，澆注時不分解，不與鋁合金發(fā)生化學冶金反應；（3）成形性好，成形后表面光潔，尺寸精度高，且有較高的強度，在鑄造過程中不至破裂；（4）具有與鋁合金相匹配的線膨脹特性；（5）原材料來源廣泛，價格便宜，無污染；（6）良好的潰散性，易于清除，不殘留在內腔內；（7）在制殼和脫蠟過程中，水溶性陶瓷型芯不被水溶蝕。

在實際生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)過如下問題：(1)水溶性陶瓷芯吸潮 ；(2)內腔有麻點、毛刺 ；(3)水溶性陶瓷芯偏芯、斷芯 ；(4)鑄件內腔尺寸超差。

4　針對水溶性陶瓷芯問題采取的措施

4.1針對水溶性陶瓷芯吸潮，加強保管措施

（1）水溶陶瓷芯成型后放入干燥皿；（2）控制壓蠟、修焊、組樹到制殼的時間；（3）模組清洗完后吹干。

4.2針對麻點、毛刺，脫蠟到焙燒澆注環(huán)節(jié)的控制

(1)脫蠟到澆注過程中的運輸要避免震蕩，保證陶瓷芯的完好；（2）脫蠟、焙燒、澆注，保持連貫性；（3）用電阻爐焙燒，避免陶瓷芯中鹽的溶解；（4）消除殘留模料不完全燃燒產(chǎn)物。

4.3針對水溶性陶瓷芯偏芯、斷芯采取的措施

增加自由端,減少水溶性陶瓷芯與模殼的膨脹量； 增加型芯撐,防止在壓蠟中錯位。

4.4鑄件內腔尺寸超差的糾正措施

圖6　增加支撐蠟

(1)要求水溶性陶瓷芯的防水保護膜不僅能防止室溫水和沸水的滲透，而且不與水溶芯的基材發(fā)生化學反應。加強焙燒前對防水膜的保護，防止磕碰對水溶性陶瓷芯的損壞；

(2)水溶性陶瓷芯澆注后脫芯要迅速，防止鹽對鑄件內腔的腐蝕。試驗證明：在室溫 ，相對濕度50%～70%存放一年，無腐蝕現(xiàn)象。所得鑄件內腔表面光滑、無氣孔，符合技術要求。

5　結語

水溶性陶瓷芯在鋁合金熔模鑄造中的應用，獲得的鑄件尺寸精度和表面粗糙度均能滿足熔模航空鑄件的生產(chǎn)要求。為公司帶來了潛在經(jīng)濟效益，同時也提高了公司熔模鑄造的水平，為后期公司生產(chǎn)高精尖的產(chǎn)品做了一個良好的鋪墊，展望未來，水溶陶瓷芯在今后的應用上會有一個廣闊的前景！

參考文獻

[1] 時明心. 熔模鑄件陶瓷型芯的清除[J]. 中國鑄機,1993(4).

[2] 黃德東,薛祥軍,石永華,等. 水溶性樹脂+合脂油混合芯砂的應用[J]. 中國鑄造裝備與技術,2005(2).

[3] 孟爽芬,張建平,李虹. 水溶性陶瓷芯在鋁合金熔模鑄造中的應用[J]. 特種鑄造及有色合金,1993(4).

Application of water soluble ceramic core in investment casting of aluminum alloy for
aerospace industry

ZHUANG XuLei , AN QingHe，SHI XingLi
(IMPRO AEROSPACE COMPONENTS (Wuxi) ，Wuxi 214191，jiangsu，China)

Abstract：Introduce application of water soluble ceramic core in investment casting of aluminum alloy for aerospace industry; Elaborate problems of water soluble ceramic core usage during production and process control; Draw conclusion through casting trial runs that water soluble ceramic core can be applied to a variety of aluminum alloy casting, small or medium sized, requiring for complex cavity structure and high surface quality.

Keywords:Water Soluble Ceramic Core; Aluminum Alloy;Investment Casting

作者簡介：莊緒雷（1974—），男，總工程師，主要從事鑄造工藝及設計的研究及技術管理.

收稿日期:2015- 08- 10

DOI：10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.01 .01 8

中圖分類號：TG249.9；

文獻標識碼：A；

文章編號:1 006-9 658（2016）01 -0052- 02

稿件編號:1508- 1028