磁悬浮高温合金冶炼及螺旋选晶效果研究

发布时间：2020-09-17 14:41

　　单晶叶片是航空发动机的热端核心部件,其制造工艺是衡量一个国家航空工业水平的显著标志之一。本文在分析国内外单晶叶片制造技术及发展现状的基础上,围绕精铸成品率极低问题,结合高温合金的磁悬浮冶炼、单晶叶片凝固过程,展开优化仿真研究;在快速精铸工艺中,对DD5合金进行螺旋选晶效果影响因素分析,通过选晶器组织演化过程仿真并开展了相关实验研究。详细内容如下:首先,在高温合金冶炼的磁场强度和流-固耦合散热理论的基础上,分析了冷坩埚底部形状、高度对其磁场强度、能量利用率的影响,以及冷却系统结构对其散热的影响;借助Workbench中的磁场模块,分析了底面形状、高度的冷坩埚磁场强度、能量利用率,结合流-固耦合模块分析了冷坩埚分瓣散热系统的流场、压力场和温度场分布,获得了冷琳埚最佳的底部形状、高度和冷却系统结构其次,在单晶叶片定向凝固的凝固过程中和螺旋选晶器微观组织演化过程中的理基础上,分析了抽拉速度对单晶叶片的凝固过程和螺旋选晶器微观组织演化的影响;借助ProCAST软件和CAFE模块,分析了不同抽拉速度对单晶叶片凝固过程中的温度场、糊状区、二次枝晶臂间距和螺旋选晶器内组织演化、晶粒数量变化的影响,获得了最佳抽拉速度5mm/min左右。最后,基于面成型光固化快速制备螺旋选晶器铸型,选用DD5合金材料,研究了不同抽拉速度下的螺旋选晶性能,通过观察引晶段、选晶段不同截面的晶粒、金相组织和枝晶臂间距变化规律,建议特定工艺条件下最佳抽拉速度为Smm/min左右。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V232.4;TG132.3
【部分图文】：

涡轮叶片,热涂层

西安科技大学硕士学位论文片制造技术国内外研究现状机涡轮叶片的发展历程经历了三个阶段，主要包括细晶强化、定图 1.1 所示。近 50 年来，航空发动机涡轮叶片的温度承受大小由升到了上世纪末的 1500℃左右。经过定向凝固工艺产生的镍基高承载温度提高了 25℃~50℃，并且涡轮叶片的承载温度每增加 25役寿命提高 3 倍有余。可以说这个突破是高温合金、叶片精铸工热涂层多方面共同努力所取得的巨大成就[13-15]。

高温合金

图 1.2 高温合金发展历程[21]片定向凝固技术的不断发展，对高温合金的耐热度提出了更高温合金的顺利研发，带来了单晶高温合金研发的黄金时度提高 30℃的 PW1484 高温合金的顺利研发[22]，说明涡轮叶；接着以 CMSX-4[23]、RenéN5[24]、PWA1426[25]等为代表的问世；接着相对第二代温度提高 30℃的第三代叶片高温合6]和 RenéN6[27]。接着以 TMS-138、TMS-162、TMS-238 为温合金成功出现[28]。使我国航空发动机的综合新能取得了极冶炼工艺也在不断的发展，现在国内外最先进的高温合金冶炼，由于电磁力的轴向分量对合金起到悬浮作用，使得材料避免了坩埚材料对熔炼材料的污染；径向分量对液态材料起越来越高，避免传统工艺重复熔炼造成的能源浪费和环境污熔炼技术取得了长足的进步，应用范围扩展到活泼金属及单也取得了增加，并且纯度也越来越高[29]。

示意图,悬浮熔炼,冷坩埚,高温合金

图 1.2 高温合金发展历程[21]叶片定向凝固技术的不断发展，对高温合金的耐热度提出了更高代高温合金的顺利研发，带来了单晶高温合金研发的黄金时期温度提高 30℃的 PW1484 高温合金的顺利研发[22]，说明涡轮叶片段；接着以 CMSX-4[23]、RenéN5[24]、PWA1426[25]等为代表的的功问世；接着相对第二代温度提高 30℃的第三代叶片高温合金问10[26]和 RenéN6[27]。接着以 TMS-138、TMS-162、TMS-238 为代表高温合金成功出现[28]。使我国航空发动机的综合新能取得了极大的冶炼工艺也在不断的发展，现在国内外最先进的高温合金冶炼熔炼，由于电磁力的轴向分量对合金起到悬浮作用，使得材料与，避免了坩埚材料对熔炼材料的污染；径向分量对液态材料起到率越来越高，避免传统工艺重复熔炼造成的能源浪费和环境污染浮熔炼技术取得了长足的进步，应用范围扩展到活泼金属及单晶量也取得了增加，并且纯度也越来越高[29]。

【参考文献】