镍基单晶高温合金定向凝固规律及组织控制的研究

发布时间：2021-11-07 15:58

　　涡轮发动机叶片工作环境恶劣,对内部组织和叶片质量有严格要求。目前采用的单晶空心叶片结构复杂,单晶成型工艺的难度增大,导致定向凝固过程容易产生杂晶、取向偏离、组织粗大等缺陷。高温合金中难溶元素含量的增加导致铸态组织产生高度的成分偏析,同时存在共晶相含量高、组织不均匀等缺陷,严重降低叶片的高温力学性能,需采用适当的热处理工艺改善叶片的铸态组织。随着计算机软硬件技术的发展,数值模拟已成为研究单晶叶片定向凝固过程的重要方法。本文以模拟和实验相结合的方法研究了单晶叶片的选晶过程、定向凝固规律和杂晶的形成、热处理制度对合金组织的影响,致力于获得组织稳定均匀、性能良好的单晶叶片,主要内容如下:1.对制备单晶所需的选晶器进行了模拟和实验研究。选晶器包括引晶段和螺旋选晶段两部分,引晶段主要作用是通过外壁的阻挡和晶粒间的竞争生长减小晶粒密度并优化晶粒取向。随着引晶段高度的增加晶粒数量减小,由等轴晶向柱状定向组织转变,[001]方向和轴向的偏角逐渐减小,一次枝晶间距增大。引晶段高度增大至一定值后,对晶粒取向的优化作用减弱。螺旋段是通过狭窄几何螺旋通道的限制作用和促进晶粒的竞争生长选择一个晶粒生长成为单晶组织... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题意义
    1.2 镍基高温合金的发展
    1.3 单晶叶片制备技术
        1.3.1 定向凝固技术的发展
        1.3.2 单晶制备技术
    1.4 计算机数值模拟研究进展
        1.4.1 温度场模拟研究进展
        1.4.2 微观组织模拟研究进展
    1.5 单晶叶片组织控制的研究
        1.5.1 杂晶缺陷的研究进展
        1.5.2 高温合金热处理研究
    1.6 本文研究内容
第二章 实验材料和方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 合金材料
        2.1.2 模型蜡、制壳和型芯材料
    2.2 单晶叶片制备
        2.2.1 制备型芯和蜡模
        2.2.2 制备模壳
        2.2.3 定向凝固过程
    2.3 合金试样的热处理
    2.4 模拟模型和模拟方法
        2.4.1 三维模型和参数设置
        2.4.2 计算机模拟方法
第三章 单晶叶片螺旋选晶器的选晶行为
    3.1 引言
    3.2 模型设计和实验方法
    3.3 引晶段的选晶行为
    3.4 螺旋段的选晶行为
        3.4.1 纵向选晶机制
        3.4.2 横向选晶机制
    3.5 本章小结
第四章 单晶叶片定向凝固规律及杂晶的形成
    4.1 引言
    4.2 定向凝固机制的数学模型
    4.3 抽拉速度对叶片定向凝固过程温度场的影响
        4.3.1 抽拉速度对凝固界面移动速度的影响
        4.3.2 抽拉速度对糊状区形态的影响
        4.3.3 抽拉速度对固液界面温度梯度的影响
    4.4 单晶空心叶片横截面温度场分布和凝固规律
    4.5 单晶叶片变截面枝晶生长规律及杂晶的形成
        4.5.1 变截面枝晶生长规律
        4.5.2 变截面杂晶形成规律
        4.5.3 抽拉速度对变截面杂晶形成的影响
    4.6 本章小结
第五章 热处理工艺对单晶组织的影响规律
    5.1 引言
    5.2 铸态微观组织和成分偏析
    5.3 固溶处理对单晶组织的影响
    5.4 固溶处理对元素偏析的影响
    5.5 本章小结
第六章 主要结论
参考文献
致谢
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本文编号：3482138