大尺寸燃氣輪機葉片的熔模鑄造工藝

朱秋菊 荀艷華

摘? 要：燃氣輪機在我國的各個領域中都有著比較高的應用價值，直接影響到人們日常生活的質量，例如說燃氣輪機在發電方面的應用，直接影響人們的日常用電質量，一直受到國家和人民的高度重視。葉片作為燃氣輪機的重要零件組成，對其工作的各方面都有著很大的影響，我國現階段的對于葉片的熔模鑄造工藝經過多年的發展已經取得了一定的成果，但還是存在很多缺陷和不足，限制我國燃氣輪機的發展也研究，需要我們對國外的一些先進技術進行學習。

關鍵詞：大尺寸葉片;熔模鑄造;關鍵技術

隨著我國科技的發展，燃氣輪機的科技水平不斷進步，為很多領域的發展進步提供了堅實的基礎。隨著人們環保意識的不斷增強，清潔能源的使用被提上議程，燃氣輪機可以很好的為天然氣的應用提供幫助。高效和節能已經成為燃氣輪機現階段發展的主要方向，為電力供應提供了堅實的技術和設備基礎。但是我國的輪汽輪機研發水平較國際水平還有著不小的差距，文主要對葉片的熔模鑄造工藝進行研究，希望可以為我國燃氣輪機今后發展提供幫助。

1 燃氣輪機渦輪葉片熔模鑄造工藝發展

1.1 模具設計及制造技術

在燃氣輪機發展的初期，模具的制作難度較高，主要是通過人工設計畫圖的方式進行制造，不但制造的效率較低，制造的質量比較低。隨著時代的發展進步，出現了計算機技術，通過計算機技術的應用可以通過計算機軟件進行設計制造，代替原來的手工操作，使制造的效率不斷提升。為了滿足模具制造的實際需求，計算機軟件開始不斷更新換代，為設計提供更高的技術支持，模具的各方面性能和制造的效率不斷提升。

多年的模具制造形成了兩種比較常用的制造方法，其中一種的方法主要是通過多種能量低價的方式對材料按照一定的要求進行切除，這種方法稱之為復合加工方法。還有一種方法是近幾十年出現的模具制造方法，較復合加工方法具有更先機的技術。這種方法具有很多優勢，不斷可以實現模具制造的高效性，制造出來的模具還具有有很廣泛的使用范圍。但是這種方法還具有一定的缺陷，無法實現大批量的生產模式，所以常規的模具生產方法還是第一種方法。

在模具設計階段，需要注意的就是模具的收縮率，合理的收縮率會保證模具具有足夠的精度，反之會導致模具設計不合格。收縮率受到很多因素的影響，其中最重要的影響因素就是合金的材質，不同的合金材質具有不同的收縮率。我國現階段有四種比較常用的收縮補償方法，但是這種補償方法還不夠完善，具有很多缺陷。

1.2 蠟模尺寸控制技術

蠟模也是葉片熔模鑄造工藝中的關鍵，需要我們保證蠟模制造的質量，為了保證其質量，需要我們從模具和工藝兩方面入手，才能保證蠟模達到實際的質量需求。燃氣輪機的葉片是一種尺寸較大的結構零件，這就導致蠟模的冷卻需要很長時間才能結束，長時間的冷卻時間會大致收縮量的劇增，巨大的收縮變化導致無法進行精度的精準控制，為此出現了蠟模假芯技術進行精度的控制工作。

為了保證蠟模的高效生產，完全冷卻之前就要進行蠟模的取出，在蠟模取出后的半個小時以內，因為冷卻的原因會出現一部分的形變，這種形變比較細微，無法人工進行調整控制，當這種形變波動較多或者面積較大時，就會導致整個葉片無法滿足實際的制造要求，導致葉片制造的無效化。為此出現了蠟模的矯正技術，可以在蠟模出現彈性形變的時候對這種形變進行合理的矯正和控制，是蠟模始終保持在較高的精度上，可以滿足蠟模的制造要求。

1.3 型殼制造工藝

熔模鑄造采用的鑄型常稱為型殼，要獲得表面光滑、棱角清晰、尺寸精確的鑄件必須制造優質型殼，優質型殼應當滿足一系列的性能要求，包括強度、透氣性、導熱性、線性變化、熱震穩定性、熱化學穩定性和脫殼性等。硅溶膠是水基粘結劑，制殼時無空氣污染，已經成為了高溫合金精密鑄造鑄件的最主要的制殼粘結劑。型殼干燥程度的測定方法有重量法、顯色法、電阻法、γ射線衰減法等。對干燥后的型殼脫蠟以形成鑄型型腔。在相同的澆注溫度和造型條件下，較高的型殼溫度可以有效減小合金熔體與鑄型的溫差，減緩合金熔體溫度降低速度，提高合金充型能力。隨著型殼溫度的升高，合金熔體充型能力顯著提高。

1.4 型芯制造技術

隨著燃氣輪機效率的不斷提高，燃機葉片的工作溫度也不斷提高，因此，新型的燃機葉片通常具有允許冷空氣流過的內部冷卻通道，由于冷卻的要求，這些內部冷卻通道大都設計得結構復雜，尺寸細小，在精密鑄造過程中，這樣復雜狹窄的鑄件內腔采用常規的浸漬涂料、撒砂等工序根本無法實施，只能通過預制陶芯來形成。隨著燃機葉片的不斷發展，對于先進陶芯的需求也不斷提高，要求先進陶芯具備耐火度高、熱膨脹率低、高溫強度高、化學穩定性好和易脫除的特點。因此在陶芯制造方法的研究上，對于硅基陶芯，在不斷通過不同類型強化劑的研究來進一步提高硅基陶芯的性能，而對于鋁基陶芯，更有效更簡便的脫芯方法也在不斷地研究中。

1.5 定向和單晶葉片技術

20世紀60年代中期，美國發明了高溫合金定向凝固技術，使合金的晶粒沿熱流流失方向定向排列，基本消除垂直于應力軸的薄弱的橫向晶界。之后，又發展出單晶技術，并很快用于葉片生產。我國在20世紀60年代末開始研究定向柱晶合金及空心無余量葉片精鑄技術，經過20年的努力，先后研制成功DZ4、DZ22等定向合金。80年代，又開始采用精鑄工藝生產單晶合金及單晶葉片，目前我國已研制出航空發動機用單晶葉片。定向和單晶葉片也是燃氣輪機葉片的發展趨勢，但燃氣輪機葉片尺寸普遍要大于航空發動機葉片尺寸，因此，定向和單晶燃氣輪機葉片的制造難度也大幅增加。

2 展望

燃氣輪機經過多年的發展與創新，已經對我國經濟、軍事、環保、交通等等多個領域起著巨大的作用，是我國科技水平不斷進步的一個重要體現。為了滿足日益升高的各領域需求，需要我們對燃氣輪機的加大研究力度，不斷進行發展進步，以滿足我國各個領域的實際需求，促進我國科技的發展和社會經濟的增長。需要我們對葉片鑄造工藝的幾個關鍵點為研究中心，才能大幅度提高我國的大尺寸渦輪葉片鑄造工藝的水平。

3 結束語

隨著時代的發展進步，各種先進的技術和設備不斷涌現，為人們的生活提供了巨大的便利。燃氣輪機作為21世紀中主要的一種動力機械，為很多領域的發展提供了堅實的技術設備基礎。隨著燃氣輪機技術的不斷更新和設備的不斷換代，涉及到的領域越來越多，為我國的環保節能也做出了巨大的貢獻，有利于我國可持續發展理念的貫徹實行。為了促進燃氣輪機的發展進步，本文對葉片鑄造的幾種關鍵工藝進行研究分析，希望可以起到一定作用。

參考文獻

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