金属增材制造技术在航空发动机领域的应用

从增材制造技术的基本概念出发,研究了适用于金属材料的定向能量沉积(DED)技术和粉末熔覆(PBF)技术的基本原理、技术内涵以及技术发展,重点分析了增材制造技术在开发燃油喷嘴和低压涡轮叶片等商业化零部件的应用,以及对涡轮叶片、整体叶轮和齿轮等航空发动机部件的修复.研究表明,金属增材制造技术广泛适用于钛合金、镍基合金、钛铝合金等金属材料的航空发动机部件,在设计、制造和经济可承受性等方面具有优势.      

热等静压温度对FGH96粉末高温合金显微组织的影响

热等静压工艺在飞机发动机粉末盘的研制中是一个关键热工艺,对粉末高温合金盘形件的组织、性能起重要作用.选择4种热等静压温度,对不同热等静压工艺后的组织进行研究.实验结果表明,提高热等静压温度可以促进消除残余枝晶,促进基体再结晶及再结晶晶粒长大,促进一次γ′相溶解和二次γ′相形核和长大.     

CuSn预合金对金属粉末选区激光烧结过程及烧结体质量的影响

研究了CuSn预合金对Cu基金属粉末和Ni基金属粉末选区激光烧结的影响。结果表明,对于Cu-CuSn-CuP和Ni-CuSn-CuP两类合金粉末,通过合理控制激光工艺参数(特别是激光功率和扫描速率),能顺利实现粉末烧结成形,且无明显的"球化"效应和翘曲变形。对于Cu-CuSn-CuP合金,由于结构金属Cu的熔点相对较低,在一定的工艺条件下,可以通过调整CuSn的配比,得到致密的显微组织均匀的烧结件;而对于Ni-CuSn-CuP合金,结构金属Ni的熔点相对较高,虽然也可以得到较为致密的烧结件,但其微观组织存在明显的不均匀性。     

FGH96粉末高温合金亚尺寸轮盘研制及试验验证

粉末高温合金涡轮盘是高推重比航空发动机研制的关键。由于粉末高温合金材料的特殊性,为了保证粉末高温合金轮盘的可靠性,需要修正传统轮盘强度和低循环疲劳寿命设计技术并进行验证。本文设计了亚尺寸结构的粉末高温合金轮盘,并对其进行了计算及分析,最后在试验器上进行了试验验证。该亚尺寸轮盘研制成功对高推重比涡轮盘的研制有重要意义。     

粉末冶金盘损伤容限的边界元分析

采用边界元法建立了裂纹扩展分析模型,对FGH95粉末高温合金标准紧凑拉伸(CT)试样的裂纹扩展试验结果进行了数值模拟,计算结果与试验吻合很好,表明分析方法的准确性及可行性.在对粉末高温合金缺陷数据分析的基础上,建立了粉末盘损伤容限边界元分析模型,对其裂纹扩展寿命进行了评估.研究表明:边界元法在损伤容限分析中的实现便捷可行,可应用于复杂构件裂纹扩展特性的工程分析,与传统预测方法相比,能够给出更为合理的寿命结果.      

FGH96粉末高温合金涡轮盘淬火过程界面换热系数的研究

以试验方法研究了FGH96粉末高温合金涡轮盘在空冷、风冷和油淬等条件下的表面换热行为,进而反算求解得到了界面换热系数,并将其应用到实际盘件热处理过程的数值模拟当中。结果表明,油淬条件下的界面换热系数远大于其他两种冷却方式,其最大值约为空冷换热系数最大值的10倍。现有工艺适合文中涡轮盘的热处理,淬火应力低于材料对应温度的屈服强度。     

Mg/Al合金粉末热压烧结中相变扩散过程研究

利用OLYMPUS GX71金相显微镜及EDS对Al-15％Mg热压烧结样品进行金相显微组织观察与成分分析,探讨烧结过程中组织演变过程。实验结果表明：热压烧结过程中两种粉体发生互扩散,首先在Mg颗粒边缘形成γ（Al12Mg17）相,而后随扩散的进行γ相转变为β（Al3Mg2）相,Mg颗粒由外向内不断的形成γ相,而后不断的转变为β相,直到全部生成β相。随温度的降低,β相会以极其细小的颗粒形式析出;利用真空热压烧结方法在420℃,150Mpa下保压3—4h进行固相烧结获得密度低于2．5g／cm^3致密度达98％以上的Al—15％Mg合金。     

一种热等静压镍基粉末合金的喷丸强化研究

本文对一种热等静压镍基粉末合金喷丸后的残余应力和组织结构及其在随后高温下的应力松弛和组织结构的回复与再结晶等进行了系统的试验研究,并研究了喷丸在消除粉末合金中孔洞的作用。     

快速凝固铝合金粉末表面氧化的研究

应用光电子能谱(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)系统研究了快速凝固纯铝粉末及高强Al-7.52n-2.0Mg-2.0Cu,高温Al-4Mn-4Ni-0.6Mg-0.6Zr和超轻Al-3.2Li-1.1Mg-0.3Cu-0.2Zr合金粉末表面结构及氧化层厚度和组成,探讨了合金元素,粉末尺寸及储存条件对粉末表面结构及氧化状况的影响。     

粉末高温合金粘塑性试验评定与本构模型参数估计

 开展了粉末高温合金 FGH95 550℃、600℃和 650℃等 3种温度下控制应变率单向拉伸试验和 550℃下循环加载试验研究,结果表明 :600℃以下,快、慢应变率时,5%的试验应变范围内应力—应变曲线都一直上升,不存在应力饱和现象,热恢复效应不显著;但 650℃下慢应变率时则存在较明显的应力饱和现象,反映出在此条件下必须考虑蠕变效应。温度越高应变率对 FGH95的拉伸力学性能影响越明显,但总的说来是一种应变率不甚敏感的循环硬化材料。最后,在试验的基础上建立了 FGH95的 Bonder-Partom统一弹-粘塑性本构模型,理论与试验吻合较好,表明该模型能够模拟 FGH95的应力-应变关系曲线、应变率响应特性以及循环硬化特性,从而为 FGH95粉末高温合金构件的高温应力分析打下了基础。