【摘要】：隨著渦輪葉片工作溫度不斷提高使得制備葉片的鎳基單晶高溫合金的合金化程度越來越高、葉片內(nèi)部氣冷結(jié)構(gòu)也越來越復雜,這導致了單晶葉片鑄造性能下降、單晶率難以控制,高溫下氧化行為也更加復雜。計算機軟硬件技術(shù)的提高使得數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展迅速,通過數(shù)值方法可模擬航空發(fā)動機渦輪葉片的定向凝固過程,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)下溫度場糊狀區(qū)的分布及單晶組織的生長都可以通過模擬結(jié)果直觀描述出來,為單晶定向凝固提供了便捷、準確的研究手段。本論文采用計算機模擬結(jié)合定向凝固實驗的方法,重點研究了單晶空心渦輪葉片定向凝固過程及組織控制,主要內(nèi)容和結(jié)論如下。(1)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),隨著固液界面在[001]方向上的不斷推進引晶段一次枝晶間距逐漸增大,晶粒偏轉(zhuǎn)角逐漸減小,取向得到優(yōu)化;抽拉速度會對溫度場產(chǎn)生影響進而影響組織生長的傾斜程度;引晶段高度對晶粒有明顯的優(yōu)化作用因而實際定向凝固過程中,應制定合適的抽拉速度和高度;螺旋段本身并不能優(yōu)化晶粒的取向。(2)對單晶空心葉片的溫度場進行了模擬研究。研究表明,型芯的溫度場和葉身的溫度場分布總體趨勢相同,但型芯的溫度曲線相較于葉身更為平滑。型芯對葉片具有保溫作用且型芯越厚,保溫效果越好。型芯的保溫作用、葉片的結(jié)構(gòu)和葉片與保溫加熱器的距離三者共同決定了單晶空心葉片葉身不同位置處溫度場分布的不同。不同的抽拉速度下單晶空心葉片定向凝固過程的溫度場也會產(chǎn)生變化。(3)探討了單晶葉片變截面處的組織凝固及溫度場分布規(guī)律,分析了葉片緣板處雜晶的形成機制。結(jié)果表明,變截面處的晶體生長是葉身生長上來的單晶組織最先到達溫度最低的邊緣處,然后向四周生長,并不斷向變截面中心推進,最后與葉身生長上來的單晶組織匯合。壁厚的差異對一次枝晶的影響較大,隨著壁厚的增加,枝晶間距逐漸增大。同時還采用變速抽拉技術(shù)優(yōu)化了定向凝固工藝參數(shù)。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG132.3
【圖文】：

雖然Sn有上述優(yōu)點，但其作為高溫合金五大有害元素之一，可能會對高溫合金造成污染而影響鑄件表面質(zhì)量。圖1.1 高速凝固法（HRS）示意圖[29]Fig.1.1 Schematic show of high rate solidification method (HRS)[29]

江蘇大學碩士學位論文5圖1.2 液態(tài)金屬冷卻法（LMC）示意圖[31]Fig.1.2 Schematic show of liquid metal cooling method (LMC)[31]近年來，國內(nèi)外又相繼出現(xiàn)一些新型的定向凝固技術(shù)。瑞士ABB公司[32]開發(fā)的氣體冷卻法（GCC法），利用高速惰性氣體對流的方式對輻射擋板下邊鑄件進行冷卻凝固，制得的單晶高溫合金鑄件性能具有明顯的提升，其一次枝晶間距從450μm變?yōu)?20μm，但由于部分氣體紊亂，很容易滲入爐體保溫區(qū)內(nèi)部，引起溫度不斷下降，使得冷卻效率降低。馬德新教授[33,34]提出的薄殼上浮法，該方法可極大的簡化生產(chǎn)設備，能使型殼厚度極大減小，葉片的傳熱和單晶生長得到更加準確的控制

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2723675