电子束精炼制备高纯FGH4096母合金及其纯净化行为研究

发布时间：2021-10-17 17:40

　　航空发动机的热端部件长期处于高温、高转速、高应力的工作环境,对材料的性能要求极为苛刻。其中,涡轮盘是航空发动机的核心部件,是由变形高温合金和粉末高温合金两种材料制备。与变形高温合金相比,以FGH4096为代表的粉末高温合金,由于消除了宏观偏析,具有组织均匀,晶粒细小,制件性能稳定,热加工变形性能较好,特别是屈服强度和抗疲劳性能有显著提高等特点,已经被应用于国内某型号的先进航空发动机涡轮盘的制备。然而高温合金中的氧、氮及其形成的夹杂物对其力学性能有重要影响,进一步提高其纯度从而提高其力学性能,是未来发展的一个方向。高温合金中杂质及夹杂物来源于原材料及熔炼过程中耐火材料的污染。目前,粉末高温合金母合金几乎都采用真空感应熔炼法进行一次熔炼,为了提高其纯净度,有在真空感应熔炼过程中采取挡渣过滤及对熔体采用高温处理等措施,但其纯净度仍然存在一定的问题;还有在真空感应熔炼的基础上采用电渣重熔或真空自耗重熔进行二次熔炼,甚至三次熔炼提高其纯净度,但其杂质含量的控制仍与美国等先进国家存在一定差距。根据氧、氮杂质的特点,熔炼过程中的高温高真空环境有利于杂质元素及夹杂物的去除,然而传统熔炼方法存在杂质及夹... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号
1 绪论
    1.1 高性能航空发动机涡轮盘用粉末高温合金的发展
        1.1.1 高性能航空发动机涡轮盘的发展
        1.1.2 涡轮盘用粉末高温合金的发展
    1.2 粉末高温合金涡轮盘的制备工艺
    1.3 粉末高温合金缺陷
    1.4 粉末高温合金中非金属夹杂的来源及危害
        1.4.1 粉末高温合金中的非金属夹杂的来源
        1.4.2 非金属夹杂物对粉末高温合金的影响
    1.5 粉末高温合金母合金制备的研究现状
        1.5.1 粉末高温合金母合金的冶炼方法
        1.5.2 国内粉末高温合金母合金的制备工艺
        1.5.3 国外粉末高温合金的制备工艺
        1.5.4 杂质及夹杂的物理特性
    1.6 电子束精炼技术及其应用
        1.6.1 电子束精炼技术特征
        1.6.2 电子束精炼技术应用
    1.7 本论文的研究目标及内容
2 实验材料与实验方法
    2.1 引言
    2.2 实验材料
        2.2.1 原料分析
        2.2.2 实验辅助材料
    2.3 实验设备
        2.3.1 电子束精炼设备
        2.3.2 电子束精炼原理
    2.4 实验过程
    2.5 测试与表征方法
        2.5.1 合金成分分析
        2.5.2 组织形貌观察
        2.5.3 杂质含量检测
3 电子束精炼FGH4096母合金过程中合金元素的蒸发及偏析行为
    3.1 引言
    3.2 合金元素蒸发规律及成分控制
        3.2.1 铸锭的形貌和蒸发损失
        3.2.2 合金元素的蒸发热力学
        3.2.3 合金元素的蒸发规律
        3.2.4 合金成分的控制
    3.3 铸锭的凝固组织及元素分布
        3.3.1 铸锭的凝固组织
        3.3.2 铸锭中合金元素的分布
    3.4 本章小结
4 电子束精炼FGH4096母合金过程中杂质及夹杂的去除
    4.1 引言
    4.2 杂质的去除结果
    4.3 氧化物夹杂的分布
    4.4 氧的去除机制
        4.4.1 熔化过程中氧化铝夹杂的上浮机制
        4.4.2 精炼过程中氧化铝夹杂的分解机制
        4.4.3 诱导凝固过程中氧化铝夹杂的富集机制
    4.5 精炼工艺对夹杂物去除的影响
        4.5.1 凝固方式和精炼时间的影响
        4.5.2 精炼次数的影响
    4.6 本章小结
5 电子束精炼百公斤级FGH4096母合金的中试实验
    5.1 引言
    5.2 中试实验设计
        5.2.1 中试实验设备
        5.2.2 工艺设计
        5.2.3 实验方法
    5.3 铸锭的分析检测
        5.3.1 铸锭的成分
        5.3.2 铸锭的微观组织
        5.3.3 铸锭的纯净度
        5.3.4 铸锭的出成率
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]电子束精炼Inconel718合金的高温氧化行为[J]. 魏鑫,赵龙海,谭毅,游小刚,石爽,尤启凡.  机械工程材料. 2018(05)
[2]一种高性能航空涡轮盘用铸锻合金的研究进展[J]. 谷月峰,崔传勇,袁勇,钟志宏.  金属学报. 2015(10)
[3]镍基高温合金K4169中夹杂物的特征及形成机理[J]. 唐中杰,郭铁明,寇生中,付迎,金硕.  中国有色金属学报. 2015(09)
[4]俄罗斯新型粉末高温合金研制进展[J]. 张义文,迟悦,刘建涛.  粉末冶金工业. 2015(04)
[5]国内粉末高温合金的生产工艺及设备[J]. 孙黎,邵长星,曾莹雪.  中国科技信息. 2015(05)
[6]热诱导孔洞对粉末冶金高温合金性能的影响[J]. 张国星,韩寿波,孙志坤.  粉末冶金工业. 2015(01)
[7]镍基高温合金粉末制备技术的发展现状[J]. 韩志宇,曾光,梁书锦,陈小林,张鹏,张平祥.  中国材料进展. 2014(12)
[8]发动机粉末合金高压涡轮盘断裂的原因[J]. 刘丽玉,陶春虎,刘昌奎,张义文,李永斌.  机械工程材料. 2014(08)
[9]电子束技术在冶金精炼领域中的研究现状和发展趋势[J]. 谭毅,石爽.  材料工程. 2013(08)
[10]FGH95镍基粉末高温合金的研究和展望[J]. 国为民,赵明汉,董建新,曾强,张龙飞,燕平.  机械工程学报. 2013(18)

博士论文
[1]粉末高温合金中非金属夹杂物的遗传特征及损伤力学行为研究[D]. 周晓明.北京航空材料研究院 2006

硕士论文
[1]镍基高温合金真空感应熔炼脱氮工艺及机理的研究[D]. 王飞.沈阳大学 2007



本文编号：3442162