K435高温合金叶片凝固过程与应力数值模拟及铸造工艺优化

发布时间：2020-10-15 08:16

　　 本文以某燃气轮机三级涡轮动叶片为研究对象,采用镍基等轴晶高温合金K435,对叶片在实际生产中常出现的缩松缺陷以及应力所导致的变形等现象进行了数值模拟分析,分析出铸件在凝固中缩松产生的过程与原因以及所产生的应力与叶型尺寸变形的关系,提出了改进工艺,并进行了模拟与试验,证明该新工艺可以减小了铸件的“反弓”变形量及缩松缺陷。并且对生产中不常出现的热裂缺陷的形成过程进行了研究。在利用三维实体造型软件UG对三级涡轮动叶片进行实体建模的同时,探讨了Procast软件中的网格划分功能对熔模铸造型壳、石棉保温层建模的作用,进行了建模工作,这对于模拟起着极为重要的作用。根据K435的成分,采用了相图计算软件Jmatpro对其性能参数进行了计算,并参考生产质检数据、相近成分合金的数据等资料,在Procast中建立了模拟所需要的K435数据库。并且采用等效的方法,确定了同样是模拟所需的型壳性能参数。对铸件凝固冷却的过程,等效为数个冷却模型,并为确定各冷却模型的边界条件做了测温实验,采用试错法得到与实际相近的边界条件。对于叶片生产的工艺参数进行必要的具体化处理,确定了型壳、石棉保温层的初始条件。利用Procast对叶片的凝固过程的模拟,分析了叶型区域的凝固特点,认为叶片较薄的进气边与出气边率先凝固形成狭长的不易补缩的未凝固区是叶片中缩松缺陷出现的原因。并且,得出了叶片结构厚度不同导致凝固时间不同,叶片各部分在不同时间进入弹性状态而导致叶片发生“反弓”变形的结论。分析热裂倾向大与热裂倾向小的区域的应力分布,认为在固相率处于90%左右的铸件区域在承受较大的拉应力后易产生热裂。根据所得结论,设计了加厚石棉保温层这个新工艺,减少叶片缩松缺陷以及变形程度。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK474.811
【部分图文】：

有利于像三级涡轮动叶片这样形状复杂、式浇注，在铸造过程中易产生飞溅、涡流、的容量、使用一次真空熔炼炉所需的成本、造工艺设计，充分利用转包和熔炼室的空间级涡轮动叶片的 2.5 倍质量，理论上可以用同时浇注两片的布局，降低了单位质量铸导致的能量损耗和成本，并且提高单位质量并结合叶片有关资料，使用 UG 软件对三级绿色部分为三级涡轮动叶片蜡模模型，银产时分别制模，然后在粘结成为一体。浇冒作用是在型壳烧结制成后，防止由于型壳边件出现砂眼、夹杂。采用模数法设计的冒口使得在冒口出产生很大的热节，冒口处金属孔缩松出现在冒口处而不是铸件处，铸件冷铸件的质量。

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图 2-2 型壳模型外部及内部展示图的网格剖分原则量多些。网格的数量越多，模拟过程的计算切。但是，大量的网格势必会使计算时间变多些，这样既可以提高精度，又可以加快计算的计算精度、计算速度与网格数量的关系图量关系，为明显的凸函数图像。故在网格数量已经对计算精度的改变已影响不大。图中为明显的凹函数图像。故网格数量在较低的网格数量达到一定数量级时才会使计算时间，选择 P 点下的网格数量，实现在两种因素作
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本文编号：2841927