微量元素及熔体处理对K4169高温合金组织和性能的影响
发布时间：2021-08-04 19:55
大型复杂高温合金铸件在航空航天等领域有着广泛和重要的应用。由于结构减重和高可靠性的需求,以机匣为代表的高温合金铸件向尺寸大型化、结构复杂化和薄壁轻量化发展,导致铸件在充型和凝固过程中容易出现欠铸、缩松和晶粒粗大等问题,铸件的合格率与力学性能均不能很好地满足要求。因此,在良好充型的前提下实现凝固过程和组织的控制,成为大型复杂薄壁铸件精密铸造的重大技术难题。本文以K4169高温合金为研究对象,采用微量元素调控和铸造工艺优化相结合的方法,重点考察了微量元素和熔体特性对合金凝固过程、组织和性能的影响,探索建立了热控凝固、化学细化和熔体超温处理相结合的精密铸造新方法,实现了铸件良好充型和晶粒组织的综合调控。论文主要研究结果如下:（1）设计了一种用于高温合金流动性测试的螺旋型表征模型,制定了流线长度定量分析方法。该流动性模型具有尺寸小、测试范围宽、重复性好和可反映合金充型最小厚度的优点。（2）微量元素硼和锆可有效提高K4169合金的流动性,进而改善铸造性能。当合金中硼含量为48-70 ppm时,熔体流线长度比原始合金提高了0.18-0.51倍;当锆含量为350-490 ppm时,流线长度比原始合金...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
大型复杂薄壁铸件的结构特点[23]
[25]。大型复杂薄壁铸件充型和凝固过程中出现的缺陷如图1-2所示。铸件尺寸大型化使熔体的流动长度明显增加，温度场分布不均匀，热节呈现数量大且分布广，导致铸件出现欠浇、冷隔、热裂和缩松等缺陷。铸件的结构复杂化使壁厚突变和热节分散，导致铸件容易出现热裂和晶粒尺寸不均匀，各部位力学性能差异较大，从而影响铸件安全服役性能。另外，铸件的大型化和复杂化使铸件凝固和冷却过程中的收缩受到很大限制。铸件的大面积薄壁化增加了高温合金熔体在薄壁结构处的充填阻力，同时铸件变截面部位的凝固顺序难以调整，特别是铸件的厚大部位凝固释放的热量导致薄壁处出现晶粒重熔而形成贯穿晶，并在薄壁处形成疏松和有害脆性相等凝固缺陷[7]。图 1-2 高温合金大型复杂铸件的铸造缺陷：(a) 欠铸
图 1-3 TCS 工艺示意图[31]-3 The schematic diagram of TCS pro织示意图[32]：(a) 凝固组织形貌，ematic illustration of solidification mohologies, (b) the relationship between控凝固工艺使最小壁厚为 1.2 m
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温合金差示扫描量热分析（DSC）的影响因素研究:升降温速率和取样部位[J]. 郑亮,许文勇,刘娜,刘杨,李周,肖程波,张国庆. 稀有金属材料与工程. 2018(02)
[2]一种高硼定向凝固合金的初熔行为及其对力学性能的影响[J]. 张洪伟,秦学智,李小武,周兰章. 金属学报. 2017(06)
[3]B微合金化对HK40合金铸造疏松的影响[J]. 丁贤飞,刘东方,郑运荣,冯强. 金属学报. 2015(09)
[4]一种细晶铸造镍基高温合金的组织与力学性能[J]. 杨金侠,孙元,金涛,孙晓峰,胡壮麒. 金属学报. 2014(07)
[5]高温合金细晶铸造新技术[J]. 赵京晨,燕平,彭艳锋,孟祥炜,肖文丰,李曙光,张龙飞,陈兴福. 航天制造技术. 2013(06)
[6]电磁场对Inconel 625合金凝固组织及力学性能的影响[J]. 贾鹏,王恩刚,鲁辉,赫冀成. 金属学报. 2013(12)
[7]高温合金精密铸造技术研究进展[J]. 刘林. 铸造. 2012(11)
[8]Effect of Zr addition on precipitates in K4169 superalloy[J]. Li Yamin,Liu Hongjun,Liu Jie,Wang Zhipeng,and Hao Yuan (Key Laboratory of Non-ferrous Metal Alloys and Processing,Ministry of Education,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China). China Foundry. 2012(01)
[9]TiN细化剂对K4169高温合金组织的影响[J]. 李相辉,曹腊梅,张勇,李爱兰,谷怀鹏. 铸造. 2010(12)
[10]金属熔体结构及其控制技术的研究进展[J]. 坚增运,朱满,介万奇. 中国材料进展. 2010(07)
博士论文
[1]镍基单晶高温合金涡轮叶片平台杂晶缺陷研究[D]. 李亚峰.西北工业大学 2018
[2]B和C对U720Li合金凝固偏析和热加工塑性的影响[D]. 赵广迪.中国科学技术大学 2017
[3]IN718系列高温合金凝固偏析及均匀化处理工艺研究[D]. 缪竹骏.上海交通大学 2011
[4]Co、Zr、Cu在K4169合金中作用的研究[D]. 李亚敏.兰州理工大学 2011
[5]高推重比航空发动机整体精铸燃烧室机匣用高强度高温合金研究[D]. 陈伟.南京理工大学 2007
[6]K4169高温合金化学法晶粒细化工艺及机理的研究[D]. 熊玉华.西北工业大学 2000
硕士论文
[1]高温合金薄壁铸件充填特性及铸造工艺的研究[D]. 余志文.上海交通大学 2013
本文编号：3322311
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
大型复杂薄壁铸件的结构特点[23]
[25]。大型复杂薄壁铸件充型和凝固过程中出现的缺陷如图1-2所示。铸件尺寸大型化使熔体的流动长度明显增加，温度场分布不均匀，热节呈现数量大且分布广，导致铸件出现欠浇、冷隔、热裂和缩松等缺陷。铸件的结构复杂化使壁厚突变和热节分散，导致铸件容易出现热裂和晶粒尺寸不均匀，各部位力学性能差异较大，从而影响铸件安全服役性能。另外，铸件的大型化和复杂化使铸件凝固和冷却过程中的收缩受到很大限制。铸件的大面积薄壁化增加了高温合金熔体在薄壁结构处的充填阻力，同时铸件变截面部位的凝固顺序难以调整，特别是铸件的厚大部位凝固释放的热量导致薄壁处出现晶粒重熔而形成贯穿晶，并在薄壁处形成疏松和有害脆性相等凝固缺陷[7]。图 1-2 高温合金大型复杂铸件的铸造缺陷：(a) 欠铸
图 1-3 TCS 工艺示意图[31]-3 The schematic diagram of TCS pro织示意图[32]：(a) 凝固组织形貌，ematic illustration of solidification mohologies, (b) the relationship between控凝固工艺使最小壁厚为 1.2 m
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温合金差示扫描量热分析（DSC）的影响因素研究:升降温速率和取样部位[J]. 郑亮,许文勇,刘娜,刘杨,李周,肖程波,张国庆. 稀有金属材料与工程. 2018(02)
[2]一种高硼定向凝固合金的初熔行为及其对力学性能的影响[J]. 张洪伟,秦学智,李小武,周兰章. 金属学报. 2017(06)
[3]B微合金化对HK40合金铸造疏松的影响[J]. 丁贤飞,刘东方,郑运荣,冯强. 金属学报. 2015(09)
[4]一种细晶铸造镍基高温合金的组织与力学性能[J]. 杨金侠,孙元,金涛,孙晓峰,胡壮麒. 金属学报. 2014(07)
[5]高温合金细晶铸造新技术[J]. 赵京晨,燕平,彭艳锋,孟祥炜,肖文丰,李曙光,张龙飞,陈兴福. 航天制造技术. 2013(06)
[6]电磁场对Inconel 625合金凝固组织及力学性能的影响[J]. 贾鹏,王恩刚,鲁辉,赫冀成. 金属学报. 2013(12)
[7]高温合金精密铸造技术研究进展[J]. 刘林. 铸造. 2012(11)
[8]Effect of Zr addition on precipitates in K4169 superalloy[J]. Li Yamin,Liu Hongjun,Liu Jie,Wang Zhipeng,and Hao Yuan (Key Laboratory of Non-ferrous Metal Alloys and Processing,Ministry of Education,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China). China Foundry. 2012(01)
[9]TiN细化剂对K4169高温合金组织的影响[J]. 李相辉,曹腊梅,张勇,李爱兰,谷怀鹏. 铸造. 2010(12)
[10]金属熔体结构及其控制技术的研究进展[J]. 坚增运,朱满,介万奇. 中国材料进展. 2010(07)
博士论文
[1]镍基单晶高温合金涡轮叶片平台杂晶缺陷研究[D]. 李亚峰.西北工业大学 2018
[2]B和C对U720Li合金凝固偏析和热加工塑性的影响[D]. 赵广迪.中国科学技术大学 2017
[3]IN718系列高温合金凝固偏析及均匀化处理工艺研究[D]. 缪竹骏.上海交通大学 2011
[4]Co、Zr、Cu在K4169合金中作用的研究[D]. 李亚敏.兰州理工大学 2011
[5]高推重比航空发动机整体精铸燃烧室机匣用高强度高温合金研究[D]. 陈伟.南京理工大学 2007
[6]K4169高温合金化学法晶粒细化工艺及机理的研究[D]. 熊玉华.西北工业大学 2000
硕士论文
[1]高温合金薄壁铸件充填特性及铸造工艺的研究[D]. 余志文.上海交通大学 2013
本文编号：3322311
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