变形和拼装工装精度问题,影响铸件的尺寸精度,特别是非加工流道尺寸,与 国外先进水平相差较大。国内引进或自制的自动制壳线主要针对中小型铸件, 大型复杂铸件由于数量少,主要采用手工制壳工艺,易造成模壳质量波动,导 致浇注漏钢或者铸件尺寸变化。 大型高温合金复杂构件多为关键部件,直接关系到整机效率和安全可靠 性,因此对表面质量、尺寸精度及冶金质量有极高的要求。大型复杂高温合金 构件铸造工艺复杂、流程长,过程控制难度大,该技术仅为少数国家掌握。大 型复杂高温合金构件铸造技术的难点主要在于:□由于其尺寸较大、结构复杂 壁厚相差悬殊,在铸造过程中,尺寸精度需控制多个环节,技术难度大;□这 类铸件浇注和补缩系统异常复杂,容易产生欠铸、疏松、变形、开裂等铸造缺 陷□高温合金的合金化程度高,枝晶发达,更易产生偏析和显微疏松,影响铸 件使役性能。 大型复杂高温合金构件铸造技术工艺复杂,流程长,质量影响因素多。总 体而言,获得高品质高温合金铸件的关键技术包括:铸件尺寸综合控制技术; 高强、高稳定型壳及型芯制备脱除技术;控制铸态组织及缺陷的浇注成形技 术;消除内部缺陷、改善组织的热等静压、热处理技术;预测缺陷形成及铸件 变形趋势,指导制订工艺的大型复杂构件凝固过程彷真技术等。 □高精度铸件尺寸精确控制技术 高精度蜡模制备是保证大型复杂构件尺寸精度的关键,同时还需对铸件 生产过程中蜡模、型壳、铸件旳变形规律精确了解,才能实现大型复杂构件的 尺寸控制。由于铸件壁厚、几何特征等原因,蜡模、铸件各部位收缩系数有差 异,模壳变形对尺寸也有影响。国外已开展大量的精密铸件尺寸稳定性及影响 因素研究,提高了大型复杂构件的尺寸精度。我国在此方面比较落后,往往要 经过多次压型返修和调整拼装,铸件尺寸才能达到要求,拖延了产品研发周 chin乡 www.cninfocom.cn
11 变形和拼装工装精度问题，影响铸件的尺寸精度，特别是非加工流道尺寸，与 国外先进水平相差较大。国内引进或自制的自动制壳线主要针对中小型铸件， 大型复杂铸件由于数量少，主要采用手工制壳工艺，易造成模壳质量波动，导 致浇注漏钢或者铸件尺寸变化。 大型高温合金复杂构件多为关键部件，直接关系到整机效率和安全可靠 性，因此对表面质量、尺寸精度及冶金质量有极高的要求。大型复杂高温合金 构件铸造工艺复杂、流程长，过程控制难度大，该技术仅为少数国家掌握。大 型复杂高温合金构件铸造技术的难点主要在于：①由于其尺寸较大、结构复杂、 壁厚相差悬殊，在铸造过程中，尺寸精度需控制多个环节，技术难度大；①这 类铸件浇注和补缩系统异常复杂，容易产生欠铸、疏松、变形、开裂等铸造缺 陷①高温合金的合金化程度高，枝晶发达，更易产生偏析和显微疏松，影响铸 件使役性能。 大型复杂高温合金构件铸造技术工艺复杂，流程长，质量影响因素多。总 体而言，获得高品质高温合金铸件的关键技术包括：铸件尺寸综合控制技术； 高强、高稳定型壳及型芯制备脱除技术；控制铸态组织及缺陷的浇注成形技 术；消除内部缺陷、改善组织的热等静压、热处理技术；预测缺陷形成及铸件 变形趋势，指导制订工艺的大型复杂构件凝固过程彷真技术等。 ①高精度铸件尺寸精确控制技术 高精度蜡模制备是保证大型复杂构件尺寸精度的关键，同时还需对铸件 生产过程中蜡模、型壳、铸件的变形规律精确了解，才能实现大型复杂构件的 尺寸控制。由于铸件壁厚、几何特征等原因，蜡模、铸件各部位收缩系数有差 异，模壳变形对尺寸也有影响。国外已开展大量的精密铸件尺寸稳定性及影响 因素研究，提高了大型复杂构件的尺寸精度。我国在此方面比较落后，往往要 经过多次压型返修和调整拼装，铸件尺寸才能达到要求，拖延了产品研发周
期,增加了成本,影响发动机研制和生产进度。随着计算机及快速成型技术的 发展,在试制阶段,国外已大量采用快速原型蜡模,可缩短硏制周期,降低成 本。我国则因快速成形蜡模尺寸精度与表面质量问题,应用受到限制。 口型壳材料及制备技术 大型复杂构件单炉浇注熔体质量大,金属液的动、静复合压力对型壳产生 很大的负荷,同时为保证薄壁结构充形完整,还需提高型壳加热温度或浇注温 度,因此要求型壳具有更高的强度。为细化晶粒和二次枝晶臂,在保证型壳强 度的同时,采用高导热系数壳型材料,改善铸件力学性能,抑制表面缺陷。由 于硅溶胶制壳具备环保和优异性能的优势,国外髙温合金铸件基本采用硅溶 胶制壳。国外已对硅溶胶制壳原辅料及其制壳工艺进行了系统的研究,内容涵 盖硅溶胶耐火粉料兼容性、料浆使用寿命,型壳干燥行为、涂料性能测试和监 控手段,型壳性能表征和测试方法。我国在硅溶胶制壳工艺理论和应用研究尚 十分薄弱,对原材料标准低,由于制壳原材料和工艺引起的铸件报废比例髙。 口浇注成形技术 由于大型复杂高温合金浇注时熔体充形、补缩困难,凝固收缩一致性差, 易产生欠铸、疏松、变形甚至开裂等缺陷。采用适合的浇注工艺和参数,获得 充形完整、组织可控、少(无)缺陷的铸件是大尺寸复杂高温铸件铸造技术的 关键。为解决大型高温合金铸件,特别是复杂薄壁构件铸造难题,国外开发了 多种特种铸造工艺,如热控凝固、真空离心铸造、细晶铸造技术等,来提高合 金熔体的充型和补缩能力,实现铸态组织控制。如PCC公司已成功地采用热 控凝固工艺研制出直径超过1m,最小壁厚lmm的鱼鹰直升机的AElI07C打 散室和燃烧室部件扩散室和燃烧室部件, Howmet采用细晶工艺研制了大量大 型薄壁细晶结构整体铸件,成功应用于航天、航空发动机中。 我国在热控凝固、真空离心铸造、细晶铸造等方面均已开展了研究工作, chin乡 www.cninfocom.cn
12 期，增加了成本，影响发动机研制和生产进度。随着计算机及快速成型技术的 发展，在试制阶段，国外已大量采用快速原型蜡模，可缩短研制周期，降低成 本。我国则因快速成形蜡模尺寸精度与表面质量问题，应用受到限制。 ①型壳材料及制备技术 大型复杂构件单炉浇注熔体质量大，金属液的动、静复合压力对型壳产生 很大的负荷，同时为保证薄壁结构充形完整，还需提高型壳加热温度或浇注温 度，因此要求型壳具有更高的强度。为细化晶粒和二次枝晶臂，在保证型壳强 度的同时，采用高导热系数壳型材料，改善铸件力学性能，抑制表面缺陷。由 于硅溶胶制壳具备环保和优异性能的优势，国外高温合金铸件基本采用硅溶 胶制壳。国外已对硅溶胶制壳原辅料及其制壳工艺进行了系统的研究，内容涵 盖硅溶胶耐火粉料兼容性、料浆使用寿命，型壳干燥行为、涂料性能测试和监 控手段，型壳性能表征和测试方法。我国在硅溶胶制壳工艺理论和应用研究尚 十分薄弱，对原材料标准低，由于制壳原材料和工艺引起的铸件报废比例高。 ①浇注成形技术 由于大型复杂高温合金浇注时熔体充形、补缩困难，凝固收缩一致性差， 易产生欠铸、疏松、变形甚至开裂等缺陷。采用适合的浇注工艺和参数，获得 充形完整、组织可控、少（无）缺陷的铸件是大尺寸复杂高温铸件铸造技术的 关键。为解决大型高温合金铸件，特别是复杂薄壁构件铸造难题，国外开发了 多种特种铸造工艺，如热控凝固、真空离心铸造、细晶铸造技术等，来提高合 金熔体的充型和补缩能力，实现铸态组织控制。如 PCC 公司已成功地采用热 控凝固工艺研制出直径超过 1m，最小壁厚 1mm 的鱼鹰直升机的 AE1107C 扩 散室和燃烧室部件扩散室和燃烧室部件，Howmet 采用细晶工艺研制了大量大 型薄壁细晶结构整体铸件，成功应用于航天、航空发动机中。 我国在热控凝固、真空离心铸造、细晶铸造等方面均已开展了研究工作
因基础理论硏究薄弱及设备水平等问题,多处于工艺探索及样件试制阶段,离 实际应用尚有距离 □精密铸造过程仿真技术 大型复杂髙温合金构件的欠铸、缩孔、疏松、冷隔、热裂、变形等缺陷出 现在充形、凝固过程阶段。精密铸造过程数值仿真可以对流场、温度场、应力 场、组织进行模拟,预报缩孔、疏松、热裂发生的位置和趋势,指导浇注系统 设计和工艺参数的制订,缩短铸件研制周期,降低工艺成本 近年来,精密铸造过程仿真技术获得巨大进展,已出现了多种充形和凝固 过程数值模拟软件,如 Magma、 Procast、 Anycasting等。国外已积累了大量的 软件的使用经验,对数据库和边界条件进行完善,提高了模拟结果的准确度, 使其得到真正的应用。我国在精密铸造过程仿真技术方面与国外的差距在于 基础理论硏究薄弱,使用经验少,数据库和边界条件不完善,影响仿真结果。 通过对国内外铸造高温合金结构件技术发展和市场需求分析,高纳公司 提出立足国内,技术和管理对标PCC的发展战略,开展了热控制凝固、真空 离心铸造、多场耦合成形控制技术,突破了大型复杂薄壁机匣铸件、中小型复 杂异形结构件、尾喷口结构件及条件片等关键技术,并形成了专用生产规范。 高纳公司在该领域的突破,将助力我国先进航空发动机、燃气轮机发展,为国 防安全和能源安全提供技术保障。 22项目铸件国内外生产情况 国外航空发动机主要被美、英、法、俄高度垄断,航空发动机产业行业形 成了金字塔形的发展格局: 口第一梯队,美国的GE和PW公司、英国的R&R公司、CFM国际公司 ( SNECMA与GE的合资公司)、国际航空发动机公司(IAE、R&R与PW的 合资公司)以及EA公司(GE与PW的合资公司)由于其出色的航空发动机 chin乡 www.cninfocom.cn
13 因基础理论研究薄弱及设备水平等问题，多处于工艺探索及样件试制阶段，离 实际应用尚有距离。 ①精密铸造过程仿真技术 大型复杂高温合金构件的欠铸、缩孔、疏松、冷隔、热裂、变形等缺陷出 现在充形、凝固过程阶段。精密铸造过程数值仿真可以对流场、温度场、应力 场、组织进行模拟，预报缩孔、疏松、热裂发生的位置和趋势，指导浇注系统 设计和工艺参数的制订，缩短铸件研制周期，降低工艺成本。 近年来，精密铸造过程仿真技术获得巨大进展，已出现了多种充形和凝固 过程数值模拟软件，如 Magma、Procast、Anycasting 等。国外已积累了大量的 软件的使用经验，对数据库和边界条件进行完善，提高了模拟结果的准确度， 使其得到真正的应用。我国在精密铸造过程仿真技术方面与国外的差距在于 基础理论研究薄弱，使用经验少，数据库和边界条件不完善，影响仿真结果。 通过对国内外铸造高温合金结构件技术发展和市场需求分析，高纳公司 提出立足国内，技术和管理对标 PCC 的发展战略，开展了热控制凝固、真空 离心铸造、多场耦合成形控制技术，突破了大型复杂薄壁机匣铸件、中小型复 杂异形结构件、尾喷口结构件及条件片等关键技术，并形成了专用生产规范。 高纳公司在该领域的突破，将助力我国先进航空发动机、燃气轮机发展，为国 防安全和能源安全提供技术保障。 2.2 项目铸件国内外生产情况 国外航空发动机主要被美、英、法、俄高度垄断，航空发动机产业行业形 成了金字塔形的发展格局： ①第一梯队，美国的 GE 和 PW 公司、英国的 R&R 公司、CFM 国际公司 （SNECMA 与 GE 的合资公司）、国际航空发动机公司（IAE、R&R 与 PW 的 合资公司）以及 EA 公司（GE 与 PW 的合资公司）由于其出色的航空发动机
整机研制、总装集成、销售及客户服务能力位于金字塔的顶层; 口第二梯队,俄罗斯的土星公司和礼炮公司、法国的 SNECMA、美国的 Honeywell、德国的MTU以及意大利的AVO公司本身也具有较完整的航空 发动杋整机硏制能力,并在各自的技术领域具有很强实力,但由于缺乏民品或 者中大型航空发动机,主要为塔尖位置公司提供大部件及核心机; 口第三梯队,具有强大的航空发动机零部件加工制造能力,包括日本的三 菱重工、川崎重工、石川岛播磨重工和韩国的三星科技公司等。 随着市场全球化和供应链的延伸发展,航空发动机行业逐步形成了主承 包商-供应商发展模式,这也给本项目大尺寸机匣铸件带来了市场机遇。以 R&R公司为例,至少从2004年开始,就只生产其最终产品所有零部件中附加 值最高的30%,而将余下的70%转包出去,从而在风险可控的前提下,尽可 能地降低发动机全部零件的制造与采购成本。R&R公司认为具有竞争力的核 心零部件必须自行生产;非核心零部件如果有足够的竞争力也会自行生产;竞 争性不强的核心零部件生产必须受控,即在合作伙伴企业或合资企业中进行 生产;不是核心零部件,竞争性又不高的零部件则完全可以进行外部采购。 铸造高温合金产品中,竞争力核心零部件非叶片莫属,特别是单晶叶片, 各发动机公司都尽可能地将其掌握在自己手里,而且核心技术严格保密。而对 于机匣或其它类结构件,出于成本和产业布局考虑,正在考虑参照钛合金机匣 的模式,逐步外放,在其它国家生产。国内应流、永翰等民营企业已经与GE、 Safe等合作,并取得认证,进入供货领域。高纳公司也已经和俄罗斯的Aba 公司、RR公司接洽,进行产品开发和批产技术积累,准备在1~2年内通过 AS9001认证,形成机匣批产能力,进入国际宇航市场 chin乡 www.cninfocom.cn
14 整机研制、总装集成、销售及客户服务能力位于金字塔的顶层； ①第二梯队，俄罗斯的土星公司和礼炮公司、法国的 SNECMA、美国的 Honeywell、德国的 MTU 以及意大利的 AVIO 公司本身也具有较完整的航空 发动机整机研制能力，并在各自的技术领域具有很强实力，但由于缺乏民品或 者中大型航空发动机，主要为塔尖位置公司提供大部件及核心机； ①第三梯队，具有强大的航空发动机零部件加工制造能力，包括日本的三 菱重工、川崎重工、石川岛播磨重工和韩国的三星科技公司等。 随着市场全球化和供应链的延伸发展，航空发动机行业逐步形成了主承 包商-供应商发展模式，这也给本项目大尺寸机匣铸件带来了市场机遇。 以 R&R 公司为例，至少从 2004 年开始，就只生产其最终产品所有零部件中附加 值最高的 30%，而将余下的 70%转包出去，从而在风险可控的前提下，尽可 能地降低发动机全部零件的制造与采购成本。R&R 公司认为具有竞争力的核 心零部件必须自行生产；非核心零部件如果有足够的竞争力也会自行生产；竞 争性不强的核心零部件生产必须受控，即在合作伙伴企业或合资企业中进行 生产；不是核心零部件，竞争性又不高的零部件则完全可以进行外部采购。 铸造高温合金产品中，竞争力核心零部件非叶片莫属，特别是单晶叶片， 各发动机公司都尽可能地将其掌握在自己手里，而且核心技术严格保密。而对 于机匣或其它类结构件，出于成本和产业布局考虑，正在考虑参照钛合金机匣 的模式，逐步外放，在其它国家生产。国内应流、永翰等民营企业已经与 GE、 Safen 等合作，并取得认证，进入供货领域。高纳公司也已经和俄罗斯的 Alba 公司、RR 公司接洽，进行产品开发和批产技术积累，准备在 1~2 年内通过 AS9001 认证，形成机匣批产能力，进入国际宇航市场
23项目产品市场需求 铸造高温合金精铸件应用领 石油,3%其他,2% 汽车,3 域广,在航空航天、电力、汽车、 工业,7% 医疗器械、冶金等多个行业都有 着广泛的应用。航空航天产业属截械10 航空航天,55% 于战略性先导产业,世界航空航 天市场总额已高达数千亿美元, 电力,20% 并且正以每年10%左右的速度稳 贷料来源:有色金属停匈公司RosA的产业研究院整度 步增长,我国航空航天事业目前 正处在高速发展时期,铸造高温合金精铸件也迎来了高速发展的机遇。在航空 发动杋、燃气轮杋增压器涡轮、医疗器械等多个领域,高温合金精铸件由于所 具有的优越性能,得到了越来越广泛的应用,有着巨大的发展空间。 本项目主要针对三类产品的批产进行规划和建设,包括直径500mm以上 大尺寸高温合金机匣铸件、500mm以下中小型结构件和尾喷口调节片类结构 件,涉及的市场主要有国内军用发动机和商用发动机精铸件,以及普惠、罗罗、 GE、赛峰等国外发动机公司转包业务。国内航空发动机铸造高温合金制品市 场主要包括批产和预研涡扇系列发动机用机匣、扩压器、调节片及叶片,涡桨 发动机结构件和叶片,涡轴发动机中小型结构件、叶片等,总体市场规模近50 亿元。普惠、罗罗、GE、赛峰等国外发动机公司转包业务市场规模可能接近 100亿美元。 24产品技术 241项目产品核心技术 项目产品精密铸造工艺是零件近净成型的先进方法,该方法保证了零件 的结构完整性,简化了机加工量,减少或省去了零件组焊,提高了装配效率, chin乡 www.cninfocom.cn
15 2.3 项目产品市场需求 铸造高温合金精铸件应用领 域广，在航空航天、电力、汽车、 医疗器械、冶金等多个行业都有 着广泛的应用。航空航天产业属 于战略性先导产业，世界航空航 天市场总额已高达数千亿美元， 并且正以每年 10%左右的速度稳 步增长，我国航空航天事业目前 正处在高速发展时期，铸造高温合金精铸件也迎来了高速发展的机遇。在航空 发动机、燃气轮机增压器涡轮、医疗器械等多个领域，高温合金精铸件由于所 具有的优越性能，得到了越来越广泛的应用，有着巨大的发展空间。 本项目主要针对三类产品的批产进行规划和建设，包括直径 500mm 以上 大尺寸高温合金机匣铸件、500mm 以下中小型结构件和尾喷口调节片类结构 件，涉及的市场主要有国内军用发动机和商用发动机精铸件，以及普惠、罗罗、 GE、赛峰等国外发动机公司转包业务。国内航空发动机铸造高温合金制品市 场主要包括批产和预研涡扇系列发动机用机匣、扩压器、调节片及叶片，涡桨 发动机结构件和叶片，涡轴发动机中小型结构件、叶片等，总体市场规模近 50 亿元。普惠、罗罗、GE、赛峰等国外发动机公司转包业务市场规模可能接近 100 亿美元。 2.4 产品技术 2.4.1 项目产品核心技术 项目产品精密铸造工艺是零件近净成型的先进方法，该方法保证了零件 的结构完整性，简化了机加工量，减少或省去了零件组焊，提高了装配效率