精密铸造中的细晶铸造研究

    航空发动机工作环境非常恶劣，在高温、高寒等极端工作条件下，对涡轮叶片、叶盘及涡轮机匣等高等温合金铸件的寿命提出严格的要求，如果采用传统的熔模精密铸造技术，会导致生产的铸件出现柱状晶或是树枝晶，晶粒的平均尺寸超过4毫米，晶粒粗大，并且组织存在差异性，各部位性能会有所不同，如果通过此类技术生产高温合金，可能会导致铸件在使用期间出现疲劳裂纹的问题，缩短使用寿命，而等轴晶精密铸造技术的应用就可以改变现状，尤其是细晶铸造技术，可以有效进行传统熔模铸造技术流程的控制，使得合金形核的机制有所强化，能够形成数量较高的结晶核心，起到晶粒长大的抑制性作用，获取到平均晶粒尺寸在1.6mm之内并且均匀度较高的等轴晶铸件产品，符合相关的标准。

    20世纪70年代的中期阶段，就USA已经开始使用高温合金细晶铸造技术，通过热失控的形式生产航空发动机合金涡轮产品，能够将材料浇注过热度维持在27℃之内，平均晶粒度控制在直径0.51mm左右，和传统的熔模铸造技术相较，细晶铸造的铸件寿命延长75%以上。

    受20世纪80年代德国研究多种金属化合物类在合金细化方面的影响，我国西北工业大学也开始研究金属化合物类细化剂，形成合金细化的作用，并发现使用金属化合物细化剂除了能够确保组织细化，还能增强碳化物的细化效果，提升等轴晶的数量，降低树枝晶的数量与尺寸，增强不同温度条件下合金的屈服与抗拉强度。此类方式的应用属于化学法晶粒细化技术，其便于操作的特性使其广泛地应用于表面细化铸件的生产工艺中。但是，由于化学法晶粒细化技术受熔炼浇注过程中温度的影响较大，温度较低则反应形核的数量较少，温度过高则形核重熔于熔体中，导致最终细化效果较差。高温合金的熔铸工艺具备一定的复杂性特点，高温合金的熔点在普遍在1300℃以上，浇注之前需要进行过热处理，在高温的状态下很多添加剂都会出现分解的现象，或者是直接和熔体之间相互熔合，无法保留形成形核基底，这就导致生产期间添加剂材料的使用受到一定限制，所以在未来的生产过程中需要结合高温合金的情况科学使用化学添加剂。