【摘要】：渦輪工作葉片在航空發(fā)動機中處于高溫工作的惡劣的環(huán)境中,以至于渦輪工作葉片性能的好壞直接關(guān)系到整個發(fā)動機性能指標(biāo)的高低。本文采用DZ125合金的定向凝固工藝,通過前期工藝研究,發(fā)現(xiàn)熒光顯示缺陷及晶粒度取向不合格的現(xiàn)象。針對前期產(chǎn)生缺陷進(jìn)行晶粒度及熒光疏松進(jìn)行數(shù)值模擬,對澆注采用的定向爐的冷卻環(huán)境進(jìn)行實際測量,獲得真實的邊界條件,結(jié)合測試及計算的物性參數(shù),對已經(jīng)澆注的方案進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn)晶粒度及缺陷情況與實際一致,然后通過優(yōu)化澆注系統(tǒng)來解決緣板內(nèi)側(cè)疏松缺陷及葉身晶粒的取向偏離問題。通過對DZ125合金定向凝固葉片表面熒光顯示的部位和形貌進(jìn)行解剖分析,進(jìn)而研究了定向凝固定向葉片表面熒光缺陷顯示產(chǎn)生的原因及形成機理。分析結(jié)果表明合金葉片表面熒光缺陷顯示由兩部分構(gòu)成:其一為合金液與型殼之間的界面反應(yīng)形成“粘砂”所致,而非合金中的夾雜,型殼材料與合金熔體界面作用機制及接觸角θ值(潤濕性)密切相關(guān);其二是凝固時枝晶間補縮不足產(chǎn)生的顯微疏松和殼液反應(yīng)產(chǎn)生氣體造成的顯微氣孔,這兩種不用性質(zhì)的缺陷共同作用形成枝晶間的顯微孔洞,顯微疏松與葉片定向凝固過程中固-液界面前沿的溫度梯度有關(guān);同時,凝固過程中型殼表面存在流離態(tài)的Si O2及α-Al2O3與合金中的C發(fā)生置換反應(yīng)產(chǎn)生顯微氣孔�！罢成啊焙惋@微孔洞均破壞了合金葉片表面致密度的完整性,是引起熒光缺陷顯示主要原因。通過改進(jìn)定向型殼面層制殼工藝及提高固-液界面前沿的溫度梯度,是減少合金葉片表面熒缺陷光顯示的關(guān)鍵措施。為了獲得良好的組織和力學(xué)性能,采用1480℃、1510℃和1540℃三種不同的拉晶溫度進(jìn)行實驗分析,試棒按照設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)里要求的熱處理制度進(jìn)行熱處理,通過觀察三種不同拉晶溫度的微觀組織形貌,以及對其進(jìn)行力學(xué)性能的測試,來確定拉晶溫度的范圍,以獲得性能優(yōu)異的葉片。對經(jīng)數(shù)值模擬優(yōu)化的方案以及確定的拉晶溫度(1490~1510)℃進(jìn)行批量澆注,合格率高達(dá)71.5%,處于國內(nèi)領(lǐng)先水平,葉片性能達(dá)到設(shè)計要求,經(jīng)加工后通過試車。
【圖文】：

采用定向凝固技術(shù)生產(chǎn)的鑄件，塑性性能中、高溫性能與原合金相比，得到了非常大的提界高，被普遍用在鑄機中[8]。定向凝固技術(shù)發(fā)展迅速，世界各國的材料方面的科年內(nèi)陸續(xù)對定向凝固技術(shù)進(jìn)行了研究及改進(jìn)。在這種情況下凝固合金也應(yīng)運而生，他們具有更加穩(wěn)定的組織及優(yōu)異的性程化應(yīng)用，美國的 F-16 飛機發(fā)動機就采用了大量定向凝固技某公司所生產(chǎn)了最大尺寸為（300 ~650）mm 的燃?xì)廨啓C葉方面對定向葉片的要求越來越高，科研技術(shù)人員各種先進(jìn)的續(xù)采用較多的技術(shù)有：高速凝固法、功率降低法、液態(tài)金屬等。我國在國外的技術(shù)基礎(chǔ)上研制了屬于自己的定向凝固設(shè)行改良，，現(xiàn)在國內(nèi)有很多廠家及研究所在研制定向單晶爐，設(shè)備即為自主設(shè)計并組裝的，我們單位采用的大部分設(shè)備為的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。設(shè)備的原理及大致結(jié)構(gòu)都是統(tǒng)一的，固設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖，采用區(qū)域熔化液態(tài)金屬冷卻法。圖 1-2，采向凝固。加料系統(tǒng)

質(zhì)量有著較高的要求。渦輪工作葉片形狀復(fù)雜，且尺寸精度要求產(chǎn)品的鑄造帶來很大的困難，一般來講，在制造的過程中會產(chǎn)生氣孔、再結(jié)晶、夾雜、欠鑄、應(yīng)力過大、尺寸偏差等缺陷。因此片鑄件的生產(chǎn)過程中，需要對鑄件的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，這也渦輪工作葉片鑄造領(lǐng)域的技術(shù)難題。生產(chǎn)無余量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、滿足技術(shù)設(shè)計要求的大型發(fā)動機渦輪工成熟的定向凝固鑄造工藝，完善的鑄造設(shè)備以及技術(shù)精湛的研究Z125 葉片概況DZ125 葉片結(jié)構(gòu)尺寸輪工作葉片為帶冠大展弦比結(jié)構(gòu)，榫齒均為單齒結(jié)構(gòu)，葉冠為“有葉身超薄、狹窄、細(xì)長等特點，該葉片葉身最薄處僅 0.6mm，，且葉身狹長，長約 140mm，除榫頭、葉冠等位置留有 1～1.5身及榫頭伸根等位置均為無余量精密鑄造。葉片三維模型圖片見
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V263

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2703162