镍基高温合金HRS定向凝固过程的计算机模拟及控制

本文通过计算机模拟镍基高温合金平板试样HRS定向凝固过程,建立了二维瞬态导热数学模型,并用此模型和以TP801B单板机为核心的控制系统,对镍基高温合金平板试样定向凝固过程中的固/液界面位置进行了实时控制,结果表明,受控试样的固/液界面位置能很快地趋于并稳定在隔热板附近。对界面位置的控制能有效地提高固/液界面前沿液体中的温度梯温及其稳定性,对合金的宏观和微观组织均有明显的改善。     

定向凝固镍基高温合金上激光熔覆Inconel 738的裂纹敏感性研究

针对定向凝固镍基高温合金叶片的强化与修复需求,研究了在定向凝固镍基高温合金基体上激光熔覆Inconel 738的裂纹敏感性问题.在定向凝固镍基高温合金基体上激光熔覆Inconel 738合金对裂纹非常敏感,所产生的裂纹为热裂纹,由定向凝固基体晶界处引发并穿过界面向熔覆层发展;多层熔覆过程中熔覆层间也会产生热裂纹,热裂纹沿晶界纵向扩展.定向凝固高温合金基体晶界处的低熔共晶成为主要的裂纹源.严格控制激光熔覆过程中的热输入量可以显著降低裂纹敏感性.选择适当的熔覆工艺方法和参数可以在定向凝固镍基合金基体上形成良好冶金结合且无裂纹的基本保持定向凝固特性的熔覆层组织.     

数值模拟技术在航空发动机高温合金单晶叶片制造中的应用

定向凝固单晶叶片铸件生产工艺复杂、控制要求高,因而通过试验研究高温合金单晶叶片的成本较高,且研发周期长.随着现代计算机软硬件技术的发展,数值模拟技术发展迅速,在工业领域得到了广泛的应用.通过数值方法可模拟航空发动机涡轮叶片的定向凝固过程、预测最终的微观组织和缺陷情况,能够优化定向凝固生产工艺,提高叶片质量,降低研发成本,缩短研发时间.     

单晶高温合金定向凝固热参数的计算机检测及热分析计算

本文叙述了在炉前应用的高温合金定向柱晶和单晶凝固过程的热参数检测和处理的微机系统及相应的热分析计算数学模型，解决了工作现场的干扰问题，建立了一套能用于炉前定向凝固工艺研究的微机系统。并将该微机系统成功地用于ＤＤ３单晶高温合金凝固过程的研究。试验表明：尽管凝固过程中的工艺因素（如：铸型的下降速度，加热器温度）不变，但直接影响单晶铸件组织和性能的凝固参数（温度梯度，凝固速度等）是变化的。因此，应随时根据凝固参数的变化规律对工艺参量进行自动调节，才能使凝固过程处于理想的状态。     

涡轮叶片合金筏化量化表征及寿命退化研究

针对单晶/定向凝固涡轮叶片服役过程中微观组织筏化及其造成的叶片力学性能劣化问题,发展了一种基于旋转割线方法的微结构筏化参数提取方法,并提出筏化状态的量化表征因子。对不同组织筏化和粗化状态的定向凝固高温合金开展高温低周疲劳试验,建立了量化筏化状态和合金疲劳寿命退化的映射关系。结果表明:无论是粗化还是筏化都会造成合金疲劳寿命的大幅劣化,所建立的镍基高温合金筏化量化因子能够有效地表征合金疲劳寿命的衰减。     

一种考虑复杂载荷和晶体取向相关性的镍基定向凝固合金疲劳寿命模型

针对镍基定向凝固高温合金疲劳寿命的晶体取向相关性,及定向凝固合金涡轮叶片使用过程中的复杂载荷问题,基于循环损伤累积(CDA)方法,引入方向函数修正,并综合考虑应力应变水平、应变比、保载时间及保载形式,建立了ω修正的CDA寿命预测方法。采用定向凝固高温合金DZ125的试验结果进行验证,预测结果与试验数据相比基本落在3倍分散带以内,显示出本文方法较好的适应性。     

单晶高温合金固液界面形状及对凝固组织的影响

ＤＤ８单晶高温合金在高温度梯度宽变速定向凝固装置上进行了单晶定向凝固实验，并在实验基础上系统地分析了凝固条件对固液界面形状及凝固组织缺陷的影响。结果表明，提高冷却速率，限制凝固速率在特定临界速率Ｖ＊以下，可以保持平直的固液界面；当超过这一临界速率Ｖ＊时，固液界面出现下凹，下凹的间液界面将导致形成小角度晶界、显微组织疏松及发散凝固组织，高凝固速率将导致定向凝固过程的个稳定性，制造冷却速率的定向凝固装置是实现快速定向凝固的必要条件。     

无铪定向凝固高温合金DZ4的工程应用

在喷气发动机中，工作温度不低于９５０℃的大多数定向凝固高温合金涡轮叶片和导向叶片通常含有铪，以提高力学性能和使用性能。加入铪增加了合金的成本，从而限制了其应用。北京航空材料研究院在７０年代后期开发了一种无铪的定向凝固高温合金ＤＺ４。该合金力学性能高，可铸性好，成本低，适于生产应用。本文将讨论ＤＺ４合金的成分和显微组织特征，并介绍该合金的力学性能和工程应用     

HRS定向凝固过程中固/液界面位置控制

 本文通过在计算机上模拟固/液界面位置受到控制的整个HRS定向凝固过程、求出使固/液界面稳定在隔热板及其附近时抽拉速度的调节规律。依此规律,利用一个以TP 801 B单板机为核心的控制系统对铸件的HRS定向凝固过程进行实时控制。用Al—4.5％Cu合金试样进行了验证试验。结果表明:受控HRS定向中、固/液界面很快趋近于隔热板并在定向过程中稳定在隔热板附近。对界面位置实行控制能有效提高固/液界面前沿温度梯度及其稳定性明显改善定向凝固显微组织。     

定向凝固和单晶高温合金再结晶影响因素

定向凝固和单晶高温合金具有优异的高温力学性能,是制造先进航空发动机涡轮叶片的主要材料。定向凝固和单晶高温合金的优异性能主要来源于消除了与应力轴垂直的晶界,而再结晶的出现会显著降低合金的高温力学性能。本文基于近年来国内外对于定向凝固和单晶高温合金再结晶行为的研究,系统分析和总结了定向凝固和单晶高温合金再结晶的主要影响因素,包括热处理温度、热处理时间、第二相粒子、变形温度、高温氧化、以及表面处理工艺等因素对再结晶的影响。     

材料对激光多层涂覆定向凝固显微组织的影响

利用316L不锈钢和Ni35两种合金粉末在定向凝固镍基高温合金基材上进行激光多层涂覆实验,并对涂层内部的凝固显微组织形成机理进行研究。结果表明在本文的实验条件下,利用316L不锈钢材料可以得到晶体取向良好的定向凝固涂覆层。而对于本身容易形成等轴晶的Ni35自熔合金,尽管实验在定向凝固的基材上进行,涂层中的凝固显微组织仍趋向于等轴晶形态。     

凝固速度对一种新型定向凝固钴基高温合金凝固组织的影响

本文研究了凝固速度对一种新型定向凝固钴基高温合金（ＤＳＸ４０Ｍ）凝固组织的影响。作为该合金强化相的晶间碳化物主要有Ｍ２３Ｃ６、ＭＣ、Ｍ７Ｃ３三种。研究发现，定向凝固速度的变化并不改变碳化物的类型，但对碳化物的体积分数和平均尺寸有强烈影响。给出了该合金碳化物体积分数、平均尺寸和持久寿命随凝固速度变化的规律。采用电子探针技术分析了不同凝固速度条件下合金元素的偏析情况。研究还发现，Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｃｒ     

电磁场作用下包晶合金定向凝固过程传输模型的建立

建立了二元包晶合金在电磁场作用下定向凝固过程中多场耦合的数学模型,并根据包晶转变不同阶段的特点,提出了包晶转变中固相分数的计算办法。该模型可以计算电磁场作用下包晶合金定向凝固中的流动、传热、传质的过程,为电磁场作用下包晶合金定向凝固过程的数值计算及对实验结果的分析提供理论依据。     

定向凝固涡轮叶片合金DZ-22的研究

 定向凝固高温合金DZ-22具有较高的中、高温性能,与定向合金PWA1422相当,可用作航空发动机的涡轮叶片材料。它是以PWA1422合金的成分为基础,通过试验对其中铪、碳的含量作了调整。在定向凝固过程中铸型移动速度对零件柱晶的结晶取向有较大的影响。提高固溶处理温度,可明显提高合金的高温持久寿命,但延伸率稍有降低。在固溶处理前进行一次1150℃的预处理,可提高合金的初熔温度。     

新型涡轮盘及叶片材料—低偏析高温合金

低偏析技术是我国高温合金研究和发展中的一个重要突破,并且处于国际领先地位。该技术主要通过控制P、Zr、B、Si的含量,以降低高温合金中的凝固偏析,提高合金的使用性能和改进某些工艺性能,如定向工艺和热加工工艺等,因此,可以利用低偏析技术,发展出一系列性能优良的新一代高温合金。     

直流电场对Al-4．5％Cu合金定向凝固组织的影响

对在不同电流密度的直流电场作用下Al-4.5%Cu合金定向凝固组织的变化进行了研究.结果表明,电流有促进Al-4.5%Cu合金定向凝固柱状枝晶生长的倾向.随着电流密度的增大,定向凝固的枝晶组织中二次枝晶明显细化,θ(CuAl2)相含量进一步增加.结合电流对凝固过程中固-液界面温度梯度和溶质再分配的影响,对实验结果进行了分析.     

Hf对IC10高温合金凝固特性的影响

采用等温凝固和差热分析相结合的方法,研究Hf含量对定向凝固柱晶IC10高温合金凝固特性的影响,得到Hf含量变化时合金在不同温度的凝固组织和凝固顺序.结果表明:随着Hf含量增加,合金的液相线及固相线温度均降低,凝固温度范围扩大,γ+γ’共晶析出温度提高.增加Hf含量还缩小了枝晶间丧失补缩能力温度与固相线温度的温度范围,并降低枝晶间液池保持连通时所需的最小液体量,提高IC10合金的铸造性能.     

镍基高温合金叶片定向凝固过程宏微观数值模拟研究进展

随着航空工业的发展,对发动机特别是涡轮叶片的性能要求也越来越苛刻。目前涡轮叶片的组织主要为柱状晶或单晶,采 用定向凝固技术制造。由于合金元素种类繁多、叶片形状和内腔复杂,在制造过程中叶片容易产生各种铸造缺陷,如杂晶、大/小角晶 界、雀斑等,导致叶片合格率低、研发周期长、制造成本高。数值模拟技术作为一种低能耗、高效率、短周期的研究方法,能有效预测缺 陷产生,优化涡轮叶片定向凝固工艺,提高成品率。介绍了高温合金涡轮叶片定向凝固模拟的物理数学模型,总结了国内外航发叶片 成形过程中数值模拟技术的研究进展,并对其发展方向进行了展望。     

镍基高温合金铸件的晶粒组织控制──添加剂的影响

选用ＩＮ７３８ＬＣ镍基高温合金,研究了向熔体中加入碳化物、氮化物、硼及金属间化合物对合金冷凝后的晶粒尺寸、枝晶组织和初生碳化物形态等凝固组织特征的影响。结果发现,加入金属间化合物并控制合金液的均匀化处理过程可显著细化晶粒,并且对合金的结晶特性及凝固组织无不良影响。     

镍基超合金的发展和研究现状

镍基合金是一种最复杂的合金,它被广泛地用于制造各种高温部件,它的相对使用温度在所有普通合金系中是最高的。从高温合金的发展史看,高温合金经历了变形高温合金、普通铸造高温合金、定向凝固高温合金、单晶高温合金四个阶段。同时,给出了合金设计的发展和研究方法,阐述了杂质在晶界偏聚对材料物理性能的影响。