本文選題：單晶葉片　切入點：定向凝固　出處：《江蘇大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：單晶葉片是航空用發(fā)動機渦輪承受高溫和復(fù)雜應(yīng)力的關(guān)鍵部件,目前單晶葉片的實際制備中主要采用定向凝固法。單晶組織的生長對定向凝固工藝要求苛刻,工藝參數(shù)是單晶葉片定向凝固過程中的溫度場分布的主要影響因素,溫度場的改變會進一步導(dǎo)致糊狀區(qū)的形態(tài)、固液前沿溫度梯度發(fā)生變化,從而對單晶組織的生長產(chǎn)生影響。計算機數(shù)值模擬技術(shù)將定向凝固變成“可視化”的過程,即不同工藝參數(shù)下溫度場及糊狀區(qū)的分布都可以通過模擬結(jié)果直觀描述出來,計算機模擬為單晶定向凝固提供了便捷、準確的研究手段。本文采用計算機模擬結(jié)合定向凝固實驗,對單晶葉片定向凝固過程及組織控制進行研究,其中溫度場的研究包括對定向凝固過程基本散熱規(guī)律的研究、工藝參數(shù)對葉片溫度場的影響;組織模擬及實驗研究包括選晶器的選晶行為研究、變截面雜晶缺陷形成規(guī)律的研究;最后基于模擬結(jié)果對單晶空心葉片提出組織控制優(yōu)化方案。論文的主要內(nèi)容和重要結(jié)論如下:通過棒狀試樣對定向凝固溫度場分布基本規(guī)律進行了模擬研究,結(jié)果表明隔熱擋板上方的加熱區(qū),近爐壁側(cè)散熱比近爐中心側(cè)慢,試棒等溫線呈內(nèi)高外低的傾斜分布。擋板下方的冷卻區(qū),近爐壁側(cè)散熱較快,試棒等溫線呈內(nèi)低外高的傾斜分布。研究了工藝參數(shù)抽拉速度和葉片位相對單晶實心葉片溫度場的影響。結(jié)果表明,在糊狀區(qū)上方,葉片的葉背朝向爐壁時等溫線呈下凹趨勢,葉片的葉盆朝向爐壁時等溫線呈上凸趨勢,葉片邊緣朝向爐壁時等溫線呈爐壁側(cè)低爐中心高的傾斜分布。除此之外,在糊狀區(qū)上方隨著抽拉速度增大,等溫線上凹程度減小。糊狀區(qū)上方區(qū)域內(nèi)葉片的溫度梯度減小。對單晶空心葉片的溫度場進行了模擬研究。研究表明,單晶空心葉片中的型芯在定向凝固中會對葉片產(chǎn)生保溫作用,這種保溫作用不僅使單晶空心葉片與單晶實心葉片溫度場分布規(guī)律不同而且使單晶空心葉片不同結(jié)構(gòu)處的溫度場分布也不同。對選晶器的選晶過程進行了模擬和實驗研究。研究發(fā)現(xiàn),引晶段的主要作用是優(yōu)化晶粒取向,即淘汰取向角度較大的晶粒,使取向角度較小的晶粒繼續(xù)生長;為了使引晶段能夠有效的優(yōu)化晶粒取向,引晶段的高度應(yīng)達到晶粒數(shù)量的穩(wěn)定區(qū);選晶段并不能優(yōu)化晶粒的最終取向,其作用是為多個晶粒生長提供平臺并最終形成單晶。螺旋段的螺旋結(jié)構(gòu)能夠有效的使多個晶粒最終生長為單晶,且同一水平面上靠近螺旋結(jié)構(gòu)前沿的晶粒最終會生長為單晶。對變截面試樣的定向凝固過程進行模擬及實驗研究。研究發(fā)現(xiàn),變截面處于過冷狀態(tài)是變截面產(chǎn)生雜晶的主要原因,但單純的處于過冷狀態(tài)不能使變截面產(chǎn)生雜晶,變截面的下沿在主枝晶的二次枝晶生長至變截面之前達到臨界形核過冷度時,才會產(chǎn)生雜晶;隨著水平高度的增加,散熱效率降低,變截面的過冷度也在逐漸減小,因而雜晶的大小隨著水平面高度的增大而減小直至消失。計算機模擬結(jié)果表明對單晶空心葉片的不同結(jié)構(gòu)處適合單晶生長的抽拉速度不同,對葉片排氣邊以下部分、葉片排氣邊部分和緣板以上部分采用三種不同的抽拉速度進行定向凝固,實驗結(jié)果表明采用變速抽拉技術(shù)能夠有效提高單晶空葉片的質(zhì)量,避免雜晶缺陷的產(chǎn)生。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：V232.4;O78

【參考文獻】

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本文編號：1564328