高温合金涡轮盘坯锭的喷射成形与工艺因素分析

喷射成形作为一种新型快速凝固技术，是适于新型高温合金涡轮盘类坯锭制备的先进金属成形工艺。采用该技术制备的高温合金坯锭具有组织细小均匀、无宏观偏析、改善热加工性和提高材料的使用性能等优点。介绍了喷射成形技术的工艺特点和技术先进性，着重分析了该工艺的重要工艺影响因素及相互关系，并指出其进一步研究的发展趋势。     

多级涡轮气热耦合仿真性能及强度对比研究

航空航天发动机中,涡轮工作环境恶劣,承受流动传热耦合作用下强烈的热冲击,其结构强度问题十分突出。分别采用气动仿真和气热耦合仿真对某多级涡轮结构开展气动和强度性能仿真研究,提取相应的热边界条件进行涡轮盘结构强度有限元计算。结果表明:两种分析方法得到的涡轮气动性能十分接近,但涡轮盘表面的温度分布存在较大差异,计算得到的径向变形偏差达16%,等效应力偏差达50~100 MPa,气热耦合仿真结果更为可靠。     

涡轮转子用GH4141高温合金锻造工艺研究

针对承受高温、高速、高载荷的GH4141高温合金涡轮转子锻造工艺,从影响金属塑性的因素以及锻造对金属组织和性能的影响等方面,对原有锻造工艺进行了分析,指出了存在的缺点.改进后的锻造工艺很好地解决了原有工艺的缺点,可操作性强,批次稳定性好,产品合格率大幅提高,成本显著降低.     

预旋结构对空间布雷顿循环涡轮盘表面换热特性的影响

针对空间核动力航天器涡轮盘表面温度过高和温度梯度较大的情况，提出了一种预旋涡轮盘冷却结构。采用数值模拟的方法对比分析了有无预旋2种冷却结构下的涡轮盘表面换热特性，研究了旋转雷诺数对换热效果的影响。计算结果表明:与无预旋结构相比，预旋结构可以有效地提高氦氙冷却气流与涡轮盘的对流换热系数，降低其表面最高温度和温度梯度，最高温降可达63.1 K。随着旋转雷诺数增大，涡轮盘表面最高温度降低，轮盘表面平均换热系数增大，采用预旋结构的表面平均换热系数比无预旋结构增大13.4%。     

用于发动机涡轮盘叶片加工的夹具设计

介绍了用于加工发动机涡轮盘叶片夹具的设计准则,并给出了采用矢量三角函数和VC软件计算夹具极限偏差的公式及其判别依据,采用该准则设计的夹具用于涡轮盘叶片加工,产品满足设计要求,并通过了发动机热试车考核。     

等离子旋转电极法制备镍基高温合金FGH4586粉末

通过对等离子旋转电极法制备的镍基高温合金FGH4586合金粉末的显微组织和夹杂物的分析,发现该方法制备的粉末具有较好的球形度,表面光滑完整;粉末颗粒表面和内部具有典型的枝晶和胞状组织结构;使用实体显微镜对粉末中的夹杂物进行观察,利用X射线能谱定性分析,并推断夹杂物来源。     

SLM成形Inconel 718合金的组织性能调控研究

针对Inconel 718合金零部件传统制造技术中存在的制造极限问题,基于材料合金显微组织与力学性能之间的相关性等内容,开展激光选区熔化(SLM)成形Inconel 718合金性能的研究,建立了适用于SLM成形Inconel718合金的热处理制度,提高了该合金的室温与高温力学性能。考虑到SLM成形Inconel 718合金组织内部晶粒极其细小、内应力积累较大,传统的热处理制度不再适合新技术成形的零部件,根据基体中二次相的析出温度区间,对该合金的传统后热处理制度进行改进。力学性能测试结果证明:项目组提出的均匀化热处理+固溶处理+双时效的热处理制度能有效改善SLM成形Inconel 718合金的显微组织和综合力学性能,并满足锻件的使用要求。     

瞬时热曝露对BTi-62421S钛合金组织和性能影响研究

BTi-62421S是一种先进的近α型耐温钛合金,以1.5mm轧制板材为例,开展了瞬时热曝露试验。运用金相显微镜和力学性能试验机对组织和性能进行了分析和测试。结果表明,合金由片状α组织和极少量β转变组织组成,随热曝露温度变化,合金呈现出明显不同的温色特征。在热曝露参数600℃/5h条件下,合金组织较稳定,氧化膜致密度下降,并有富氧α层产生,随着曝露温度的提高,β转变组织开始积聚粗化,次生α相增多,组织稳定性开始下降,氧向基体扩散加剧,富氧α层厚度呈倍数增加,组织变化对合金强度无明显影响,但富氧α层严重降低合金塑性。     

某型液体火箭发动机部分进气涡轮盘振动分析及改型设计

针对某液体火箭发动机部分进气自由叶片涡轮盘多次试车后在叶片型线根部和背弧出现疲劳裂纹的问题,采用三维弹塑性有限元法,考虑部分进气产生的Kick效应,计算了涡轮盘的静强度,得到了部分进气作用下叶片的静弯应力;考虑多场环境引起的预应力影响,计算了涡轮盘的模态,获得了涡轮盘固有频率和主振型;采用全环模型,计算了部分进气作用下涡轮盘的动态响应和动应力。在裂纹原因分析的基础上,对涡轮盘进行改型,在叶片顶部增加了围带,并对带围带涡轮盘进行了计算分析。结果表明：加围带后,涡轮盘叶片气流静应力下降了50■;气流力作用下的叶片动弯应力下降了65■;叶片之间以及叶片和轮盘之间耦合作用明显增强,涡轮盘固有振动模式发生转变,避免了叶片在共振频率附近发生的强迫振动;改型后显著降低了涡轮盘静应力及动弯应力,降低了出现裂纹的风险。     

GH4169高温合金与四氧化二氮推进剂环境的长期相容性试验研究

基于相容性试验方法,开展了GH4169高温合金在四氧化二氮介质环境中的长期浸泡试验。通过对试验前后材料力学性能、表面状态及介质成分变化情况进行分析和测试,确认四氧化二氮和GH4169材料在1年的试验期内相容性满足使用要求,达到一级相容标准。     

涡轮盘模锻质量稳定性分析

利用质量管理中常用的分析工具和分析技术——工序能力指数和直方图两种方法对涡轮盘模锻过程进行了分析。两种分析结果一致表明：常温检测项目Ak和800℃高温检测项目δ5、ψ的工序能力不足,应该从模锻工序过程采取措施提高800℃高温δ5、ψ数据,同时控制常温检测项目Ak的波动范围。结合材料的理论组织变化探讨了模锻环节应注意的问题,工艺改进效果明显。     

基于应变量耦合的低成本Ti-Al-V-Fe合金本构关系

为了获取新型低成本Ti-Al-V-Fe合金热成形工艺窗口,研究了热加工参数为变形温度875~1100℃、应变速率0.001~1 s^-1、变形量70%的低成本Ti-Al-V-Fe合金热变形行为。结果表明:流变应力与变形温度成反比,与应变速率成正比,合金为典型负温度、正应变敏感材料。以热模拟实验数据为依据,运用多元线性回归方法,确定了材料常数与应变的函数关系,建立了基于应变量耦合的α+β两相区及β单相区Arrhennius本构方程,其耦合系数为0.98,表明建立的模型在给定任意应变量时可准确预测流变应力。根据热激活能,判别合金在不同相区软化机制,单相区为动态回复,两相区为动态再结晶。     

新型锆钛合金的动态拉伸力学性能与微观断裂机制试验研究

采用直接撞击式Hopkinson拉杆装置对新型锆钛合金材料在动态冲击载荷作用下的力学性能进行了试验研究,得到了典型动态拉伸真应力-真应变曲线。试验结果表明,在室温、应变率为800~4000s-1的情况下,材料的动态强度（包含屈服强度σ_0.2、抗拉强度σ_b）、失稳应变、伸长率以及应变能密度均随应变率的增大而增大。采用扫描电子显微镜（SEM）对试件断口进行分析,研究了合金材料在不同应变率状态下的失效断裂特征。结果发现,随应变率的增大,材料的断裂方式由准解理断裂变为韧性断裂。     

K4202镍基高温合金激光选区熔化成形室温拉伸性能研究

为了将激光选区熔化(SLM)这项技术推广到液体火箭发动机高温合金复杂结构件的成形,满足其使用要求,对SLM成形K4202高温合金力学性能及其强化机理进行研究。沉积态室温下拉伸试验力学性能指标表现出了很强的各向异性,但均接近或超过GH4202锻件标准值,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等理化分析手段揭示了其强化机理主要为细晶强化、应变硬化、沉淀硬化和过饱和的固溶强化。同时研究了固溶、固溶时效、直接时效三种热处理制度对K4202力学性能的影响,结果表明直接时效后的综合力学性能最佳。     

光纤传感器对合金结构瞬态高温应变测量的适用性研究

高温下结构应变测量数据的重复性是判断测量结果有效性的前提和基础。文章采用石英灯辐射加热技术构建瞬态辐射加热环境,以薄壁平板型合金材料结构为测量对象,对光纤应变传感器在瞬态加热环境下应变测量数据的重复性进行实验研究,以确定其对合金材料瞬态高温下应变测量的适用性。结果表明:光纤传感器与K型热电偶的测温偏离量小于1.76%;在安装面加热状态,瞬态加热温升速率最高达到18 ℃/s,结构最高温度达到850 ℃,此温度下测得的结构件最大应变为9 848.2 με,3次实验测量数据的重复性优于1.42%;非安装面加热状态、结构温度650 ℃下的3次测量数据重复性为0.95%,且与安装面加热状态、相同温度下的测量数据平均值的相对差异仅为0.67%。综上说明,所采用的光纤应变传感器适用于石英灯瞬态辐射加热环境下合金结构件的应变测量。     

由转速判断涡轮盘行波谐振

为找出液体火箭发动机涡轮盘疲劳裂纹故障产生的原因,对包含燃气在冲击式涡轮腔内形成的旋转激励与盘行波模态耦合谐振在内的盘的各种可能的耦合谐振进行了分析研究。在其它耦合谐振的可能性被排除后,将前者作为研究重点,并给出发生此种行波谐振的危险耦合转速范围计算公式。对某发动机大量热试转速数据作了分析,给出判断此类耦合谐振的判断依据。     

低温变形对2A14铝合金组织性能影响

提出了低温变形与热处理协同的2A14铝合金强韧化新方法,借助透射电镜、扫描电镜、金相显微镜、拉伸试验机等测试手段对比分析了室温和超低温变形工艺对2A14铝合金组织性能的影响。结果显示:与室温变形相比,超低温变形与热处理协同能够大幅提升合金综合力学性能。当超低温变形量达到20%,合金内部位错密度上升,第二相粒子尺寸更小,分布更为均匀,晶粒细化显著,合金综合力学性能达到最高,抗拉强度为474.5 MPa,屈服强度为426.5 MPa,延伸率为11.6%。