铸造高温合金是重要的高温结构材料,广泛应用于航空航天领域。氧泵壳体—涡壳段是某大型运载火箭发动机的关键部件,该部件采用铸造高温合金K4169无余量整体精密铸造而成。涡壳段结构复杂,由进口法兰、出口法兰和涡形流道三部分组成。铸件壁厚相差悬殊,进口法兰壁厚达33.5mm,涡形流道壁厚仅为6mm,且流道截面形状复杂,在凝固过程极易产生缩孔疏松、变形等缺陷。另外,该铸件在高压液氧的环境中工作,工作条件苛刻。因此,要求铸件有优良的冶金质量、高的综合力学性能和尺寸精度,铸造难度很大。本研究以K4169合金涡壳段精铸件为研究对象,系统研究了该铸件的熔模精密铸造工艺,试制出了符合技术条件要求的高温合金精铸件。本研究基于数值模拟方法,利用铸造模拟软件ProCAST分析了涡壳段铸件的充型和凝固过程,预测了疏松缺陷出现倾向,并优化了浇注系统和浇注工艺参数。结果表明：采用顶注式浇注系统,对出口法兰补缩的补缩系统,金属液能迅速充满型腔,充型平稳,并顺序凝固,铸件关键部位无明显疏松缺陷出现,仅在涡形流道截面的加强筋处出现了少量的分散性疏松。采用模壳温度为850℃,浇注温度为1450℃的浇注工艺方案,铸件凝固时间较短,铸造缺陷较少,保证了铸件的质量。对涡壳段精密铸造工艺的研究表明,采用带有金属内芯的可溶性型芯形成涡壳段回转型腔的方案以及冷蜡块二次成型技术,可以制备出符合技术要求的涡壳段铸件用整体蜡模。采用硅溶胶型陶瓷型壳工艺方案,面层涂挂两层,采用硅溶胶加锆英石粉,撒砂材料为刚玉砂；背层涂挂五层,采用硅溶胶加煤矸石粉,撒砂材料为煤矸石砂,所制作的型壳高温强度高,并且表面质量优良。结合数值模拟分析和涡壳段结构特点,采用填砂造型,热型重力真空浇注工艺对铸件进行浇注。所浇注的铸件通过热等静压处理：1170℃/130MPa/4h,以及改善热处理：1095℃×2h/AC+955℃×2h,炉冷至700℃/充氩快冷+720×8h,50℃/h冷至620℃×8h/AC,铸件的疏松缺陷得到了很好的控制,组织均匀化程度提高,综合性能良好,满足了设计和使用要求。对试制的涡壳段铸件进行冶金质量分析,结果表明,K4169涡壳段铸件尺寸精度高,表面质量良好,内部显微疏松数量较少,与模拟结果相符。宏观上看,涡壳段铸件整体由等轴晶组成,不同截面组织均呈现枝晶特征。实验测定了二次枝晶间距(SDAS)$,拟合得到了枝晶间距(SDAS)与截面冷却速率(T)的关系：SDAS(d2)=218.68(T)-1/3-36.07。微观上看,进、出口法兰截面组织有较多的针状δ相存在,枝晶间处的γ"相尺寸较大,数量较多,枝晶干处的γ"相尺寸较小,数量较少；涡形流道截面的针状δ相很少,枝晶干及枝晶间的γ"相尺寸均较小,数量无明显差别；同时,不同截面的硬度也有所不同。这些其实质与各截面的冷却速率有关。