铸造有色合金应配准成分,铸造后应进行热处理,但对清除和如何清除金属液里的氢和氧化微渣很不重视。产品材料中,氢与微渣量高,质地松脆,容易破碎,是我国有色金属行业的通病。业界称之为“氢脆”,是我国航空军工运输所需高端产品不得不依赖进口的关键所在。
专家学者们试图使用热处理方法解决“氢脆”问题,若解决不了,就会被当作不治之症。谁都没有责任,用户业只能无奈接受,消极躲避。这严重制约了航空军工运输业的发展。我国航空发动机(下称航发)使用寿命不长的根源正在于此。简而言之,我国航发有病,病在有色。
对涡扇发动机的涡扇而言,一体铸造时,扇叶与涡盘接合处必因散热较慢而形成热节。扇叶首先凝固,凝固收缩腾出的空间由热节金属液补充,热节“失血”产生缩松。扇叶凝固时析出的氢和微渣向热节处转移,缩松与“氢脆”同在,质地分外松脆。扇叶从业者不得不采用分开制造的方法,分开制造扇叶和涡盘,再通过焊接或螺栓连接,以避免接合处的缩松与“氢脆”。
这种方法费时失事、工艺繁杂、效率低下、成本高昂。最重要的是,连接处的强度与韧性始终较差,焊层间总有氧化皮和气泡包裹。这是我国航发使用寿命不及美国一半的原因。少慢差费,再好的设计也要被打折扣。
航发最大的问题还在于:航发零部件2万,如果金属液净化不良,会充斥氢和氧化微渣,所有零部件随时都有碎裂的可能,潜藏严重的安全隐患。
怎么办?改革!
从根源处入手,从有色金属液净化入手,彻底清除金属液里的氢和氧化微渣,在此基础上进行一体铸造。
最佳净化手段非NSV莫属。经NSV净化的金属液,试样抽真空至29 InHg时,剖面紧密无孔,氢与微渣量之低可见一斑。无需担心一体铸造时热节处出现“氢脆”问题。
使用金属模施行精密铸造,辅以离心、水冷、压力补缩和抽真空等工艺。它简化了制作工序、生产效率高、制造成本低。最重要的是,其高温性能绝非焊接可比。金属模离心铸造使叶片晶粒组织致密,水冷装置增加了扇叶氧化层的厚度。压力冒口用于热节“补血”。抽真空以防止铸模里的气体卷入金属液。
NSV装置和铸造模具还可以用于钛、铼等合金元素的加入与调整。
不重视金属液净化,我国航发必成无底洞;只有使用NSV,弯道超车才有可能。
NSV是以真空净化为主要净化手段,与气泡吸附及其他净化手段相结合的有色金属熔液净化方法及设备。NSV通过控制金属液的流向,使各种净化手段相辅相成,充分发挥抽真空对浅层金属液净化效率高的优势,吸出氢,并使氧化微渣还原为纯金属颗粒。
将金属液试样放在真空罐内抽真空至29 InHg,使用化学熔剂的,试样顶部拱起,剖面充满孔洞,如图右试样;孔洞越多,含氢量越高,产品质地越松脆;经过NSV净化的,试样顶部凹陷,剖面密实无孔,如图左试样。金属液在29 InHg高负压下仍密实无孔,常态情况可想而知。NSV的净化效率最少是欧美设备的5倍,可将氢和氧化微渣清除得更彻底。
只有NSV才称得上关键性技术。我国航发要弯道超车,我国有色和我国制造要高质量发展,发展NSV是关键。