DZ22B高温合金定向凝固叶片铸造缺陷的形成机理研究

采用SEM、EDS等分析手段研究了DZ22B镍基高温合金定向凝固涡轮叶片不同区域铸造缺陷的特点及其形成原因。结果表明,裂纹缺陷主要分布在叶身的中上部位,其形成机理主要归因于叶片在凝固过程中的共晶组织过多;而疏松缺陷分布在叶身和缘板部位,产生在枝晶间共晶组织附近。枝晶间距小补缩不足和反应生成的CO气体未及时排除是疏松形成的两大原因。     

面向空心涡轮叶片的氧化铝基陶瓷铸型高温强化制造

针对航空空心叶片氧化铝基陶瓷铸型高温性能较差的问题,研究了不同浸渍材料对氧化铝基陶瓷铸型高温性能的影响规律。结果表明:未经强化处理的陶瓷铸型力学性能较差,高温(1 500℃)强度不足0.5MPa,室温(20℃)强度不足10MPa。经硅溶胶、硅酸乙酯水解液、YCl3溶液以及MgCl2溶液4种不同浸渍液强化处理后陶瓷铸型力学性能有不同程度的提高,其中YCl3溶液以及MgCl2溶液强化效果不理想,陶瓷铸型力学性能没有明显改善,且MgCl2溶液浸渍强化后陶瓷铸型存在较大的体积膨胀,不能满足使用要求;硅溶胶、硅酸乙酯水解液浸渍强化可显著改善陶瓷铸型的高温性能,硅溶胶强化处理后,陶瓷铸型1 500℃高温强度可达10MPa左右,满足空心涡轮叶片定向凝固过程中对铸型高温强度的要求。通过复合浸渍的方法制造了一体化陶瓷铸型并成功浇铸了空心涡轮叶片。     

Cu-1.0% Cr亚共晶合金定向凝固组织演化

在定向凝固下计算和比较了Cu-1.0%Cr亚共晶合金组织中各相的界面生长温度,结果表明当定向凝同速率大于5αm/s时,α-Cu相的界面生长温度高于共晶组织,α-Cu相会作为初生相首先析出凝固,从而难以制备出全耦合生长的共晶组织的复合材料,计算获得的结果与实验结果相一致.另外随定向凝固速率的增加,初牛胞状α-Cu相一次枝晶间距和尖端半径以及共晶组织的体积分数都相应地减少,其中α-Cu相一次枝晶间距实验结果与KF一次枝晶间距模型计算结果较为接近.     

高强度定向凝固高温合金DZ22的研究和应用

DZ22合金具有较高的中、高温性能,与国外著名的定向合金PWA 1422相当。它的成分以PWA 1422为基础,通过试验确定了更合适的Hf、C和Zr含量范围。现行的母合金熔炼工艺和铸件定向工艺是可靠的、稳定的。经过专门处理的返回料可以应用。在定向凝固过程中的铸型移动速度对零件的结晶取向和组织有较大影响。提高固溶热处理温度对高温纵向持久寿命和中温横向持久寿命有相反的作用。批生产实践证明:DZ22合金不仅具有较高的力学性能,而且具有良好的铸造、焊接和磨削加工性能,是制造先进航空发动机和地面燃气涡轮用的带有复杂薄壁内冷通道的涡轮叶片的理想材料。     

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。     

定向凝固工艺对DZ466高温合金显微组织的影响

研究凝固工艺(抽拉速率、模壳保温温度)对DZ466合金铸态组织的影响。结果表明:定向凝固过程中,随着抽拉速率的增加或型壳温度的升高,一次枝晶间距逐渐减小,γ′相尺寸减小,碳化物尺寸减小;随着抽拉的进行,散热效率下降,一次枝晶间距增大,γ′相尺寸增大;在1520℃/1530℃的壳温下,以8 mm/min的速率抽拉,可以获得细小的枝晶组织和γ′相组织,有利于提高合金的性能。     

细晶铸造真空炉及其应用

北京航空材料研究院研制了我国第一台细晶铸造真空炉,该炉可用铸型搅动法浇注整体细晶涡轮和双性能整体涡轮。细晶铸造能够改善铸件中低温下的力学性能。     

镍基单晶高温合金DD2梯度定向凝固行为

利用高梯度（250K／cm）走向凝固装置（LMC），对不同凝固条件下DD2单晶高温合金的定向凝固行为进行了研究。结果表明，在一定温度梯度下，通过改变凝固速率可以得到以平面状、胞状、树枝状凝固界面生长的DD2单晶；随着冷却速率的增大，一次枝晶间距减小、组织均化，且所得一次枝晶间距与凝固参数的关系基本符合Hunt模型。     

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.     

一种美制航空涡轮叶片的选材和铸造工艺特点

对一种退役的美制涡轮叶片进行了解剖分析。确认该叶片的材料为ＭＡＲ－Ｍ２００＋Ｈｆ即ＰＷＡ１４２２合金，但其铪含量低于技术条件规定值。叶片采用定向凝固空心无余量铸造工艺制成，叶片结构不太复杂。虽经使用约两万小时，显微组织仍然稳定。叶片内外表面较为光洁，未发现内部和外部冶金缺陷，说明其熔铸工艺水平较高。     

镍基合金激光超高温度梯度定向凝固

 采用高能激光束作为定向凝固的热源,研究了镍基合金在超高温度梯度（1.0×104K/cm）定向凝固下的组织结构特征。在定向凝固组织中得到了平均一次枝晶间距仅为10.6μm的细枝晶和完全无侧向分枝的“超细胞晶”.对合金元素在不同组织中偏析行为的分析表明：传统的定向凝固组织中存在严重的微观偏析,而激光超高温度梯度定向凝固组织中,元素的微观偏析大大改善甚至完全消除。     

定向凝固涡轮叶片高温低周疲劳的破坏特点

针对几何形状完全相同但材料不同的两种涡轮叶片,采用相同的试验方法进行高温低周疲劳试验,普通铸造K403合金叶片和定向凝固DZ22B合金叶片却在不同的部位破坏,K403合金叶片在试验考核的榫齿部位断裂,而DZ22B合金叶片的榫齿在叶身根部断裂前均未出现裂纹.为了解释上述试验结果,展开了两类叶片试验条件应力场的有限元分析和...     

定向凝固涡轮叶片的晶体热粘塑性变形与损伤分析

采用一种考虑损伤的单晶体热—粘塑性变形本构模型和迭代求解数值方法,可以描述单晶在变温过程中的应力应变关系,还可以描述单晶在晶体滑移机制控制下的蠕变变形和孔洞型损伤;考虑定向凝固高温涡轮叶片的柱晶结构,应用本文模型和算法对包含若干个柱晶晶粒的定向凝固气冷涡轮叶片进行不均匀温度场下的变温热粘塑性蠕变和损伤分析。分析结果表明:该涡轮叶片在本文考虑条件下处于较低的应力水平,500小时叶尖蠕变伸长低于0.006mm。      

DENDRITE ARM SPACING OF DIRECTIONAL SOLIDIFICATION STRUCTURE OF HIGHLY UNDERCOOLED MELTS

Ｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄａｔａｐｏｓｉｔｉｖｅｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇｒａｄｉｅｎｔ,ａｎｄｓｅｖｅｒａｌｋｉｎｄｓｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ...     

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。     

低镍奥氏体不锈钢定向凝固组织CAFE法模拟

通过对ProCAST&CAFE软件进行二次开发建立凝固过程动态边界条件,模拟低镍奥氏体不锈钢定向凝固过程中的温度场和固相分数,并探讨抽拉速率对凝固微观组织的影响。结果表明,随着抽拉速率的增大,等温线变密,糊状区变窄;铸件一次枝晶臂逐渐细化,边缘侧向散热逐渐远小于中心纵向散热造成一次枝晶轴向偏差度逐渐减小,晶粒择优取向效果提高。与此同时,模拟结果与实验结果吻合较好,模拟计算形核、生长及取向过程较为合理。     

超高速定向凝固K10合金组织与碳化物形态的变化

利用超高梯度定向凝固装置,其液固界面前沿温度梯度达1000～1300K/cm,研究了超高速定向凝固条件下,K10合金的超细柱晶组织,碳化物形态及分布的变化。经试验表明:定向凝固柱晶组织中,一次枝晶高度细化,二次枝晶退化甚至消失。碳化物呈方向性排列,形态由普通铸态下的岛状变成蠕虫状。     

精铸空心涡轮叶片模具虚拟修模方法

针对精铸空心涡轮叶片的精确控形问题,开展模具型腔优化设计中的虚拟修模技术研究.以某型号空心涡轮叶片为研究对象,采用数值模拟的方法,通过使用ProCAST软件对有限元模型进行计算,获得空心涡轮叶片的精铸位移场,基于位移场的反变形虚拟修模方法对模具型腔进行优化设计.经修模后的模具型腔仿真验证及模具型腔型号鉴定,结果表明,按...     

定向凝固涡轮叶片不同部位材料疲劳性能差异研究

为了研究定向凝固涡轮叶片不同部位材料疲劳性能及差异,根据典型涡轮叶片的工艺和几何特征,设计了两类叶片模拟件和用于对比研究的带缺口的对比试件,在此基础上开展了高温低循环疲劳试验和对比分析研究.试验结果表明:缘板模拟件、叶冠模拟件的材料疲劳性能分别为对比试件(和叶身中部材料性能基本相当)的5.93％和7.68％.这说明叶片...     

定向凝固涡轮叶片不同部位材料持久强度差异

为了研究定向凝固涡轮叶片因不同部位显微组织不同而引起的宏观持久强度的差异,根据典型涡轮叶片几何特征,设计了两类叶片模拟件(缘板、叶冠模拟件)和对比试件(标准平板试件),开展了持久试验及对比研究,试验结果表明:缘板、叶冠模拟件的持久寿命分别为对比试件持久寿命的94.22%和75.65%.这说明了定向凝固涡轮叶片不同部位的持久强度存在差异,这种差异需要在定向凝固涡轮叶片结构、寿命设计中加以考虑.研究结果对提高定向凝固涡轮叶片设计水平、改进定向凝固成形工艺具有重要意义.