高温合金点阵夹芯翼舵压力气氛充型凝固与性能研究
发布时间：2020-12-21 02:10
随着航空航天事业的发展,高温性能优异的镍基高温合金得到了越来越广泛的应用。高温合金点阵夹芯翼舵作为一种新型翼舵结构,使用高温合金增强了其高温服役性能,同时点阵夹芯结构满足翼舵轻质、高强的设计要求。本文以K418合金为研究对象,结合熔模精密铸造工艺,利用数值模拟对点阵夹芯翼舵的浇注系统进行优化设计,同时为解决大面壁薄壁件的缺陷问题,探究了真空及不同压力气氛条件对铸件充型凝固过程影响和加压凝固对铸件致密度和组织力学性能影响。本课题首先对5mm薄壁板件进行研究,设计了底注阶梯式和底注缝隙式两种浇注系统,利用数值模拟对其充型凝固过程进行模拟,最终选用充型平稳、铸件缩松率低,变形量小的底注缝隙式浇注系统分析其真空及压力气氛下的充型凝固特征,结果表明:随着压力的增加,板件充型速度变慢,充型更加平稳,铸件缩松率减小。接着分别在真空及压力气氛条件下浇注5mm薄壁板件,并对铸件致密度和组织力学性能进行分析。结果表明:加压工艺试样的密度较大,晶粒尺寸细小且分布均匀,一次枝晶间距小于真空工艺试样,加压工艺试样的屈服强度高于真空工艺试样,但延伸率低于真空工艺试样,加压工艺铸件整体性能优异。针对点阵夹芯翼舵的特...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高温合金作为发动机热端承力部件(a)及航空发动机(b)示意图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文织为等轴晶。定向凝固柱晶高温合金指用定向凝固技术制备铸件的高定向凝固柱晶涡轮叶片制造工艺流程较短、成品率较高、检测费用较成本比单晶高温合金叶片低[19]。单晶高温合金是含有多种元素并采用和选晶技术制造的具有单一柱状晶组织的铸造高温合金。航空发动机工作在高温度、高载荷、高转速、复杂应力、燃气腐蚀等极为苛刻的因此其材料及其制备技术代表着一个国家制造业的水平，单晶涡轮叶国外誉为“皇冠上的明珠”，高温合金发展趋势如图 1-2 所示。
图 1-3 高温合金空心叶片工艺示意图[20]温合金的合金化与熔炼工艺航空航天、船舶燃气轮机的发展，材料的使用温度和性能要高温合金对于难熔金属钨、钼、钽元素的含量提出要求，使度加大。铸造高温合金由于其铸造成型的特点，允许在铸造种合金元素，从而显著提高了合金性能。为了满足 1000℃左体介质中抗氧化、抗腐蚀的要求，加入了大量的强化元素，如Nb、Co 等，以保证其优越的高温性能。18 合金(IN713c)的微观结构包括 γ 晶粒、碳化物、枝晶间(γ+γ′分布在 γ 基体中沉淀相 γ′。高温合金依靠 Al、Ti 等元素与 物 γ′相（Ni3Al 或 Ni3Ti 等）的析出强化、部分细小稳定 MC、内弥散强化以及 B、Zr、RE 等净化晶界[2, 21]。研究人员发现 比值和 Al+Ti 含量后：随着 Al/Ti 比值和 Al+Ti 含量的增加，合金热稳定性得到提升[22, 23]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]熔模铸造工艺对K418B涡轮导向器充型性能与晶粒组织的影响[J]. 李飞,侯正乾,赵彦杰,郝新,李振锋,周坚. 铸造技术. 2019(03)
[2]Effect of pressurizing speed on filling behavior of gradual expansion structure in low pressure casting of ZL205A alloy[J]. Shan-guang Liu,Chuan-biao Luo,Guo-ai Li,Wen-lin Gao,Zheng Lu,Sheng-long Dai. China Foundry. 2018(04)
[3]点阵夹芯结构的参数分析与熔模铸造[J]. 张亮亮,刘泗岩. 机电工程. 2016(11)
[4]A356合金3D Kagome点阵夹芯板低压熔模铸造工艺[J]. 董多,朱冬冬,贺庆,周兆忠,倪成员,魏尊杰. 特种铸造及有色合金. 2016(11)
[5]镍基高温合金叶轮熔模铸造过程的数值模拟[J]. 何波,周泓江,李建辉,孙长青,张征义. 稀有金属. 2016(03)
[6]钛合金框架铸件铸造变形和应力的数值模拟[J]. 崔新鹏,张晨,范世玺,南海. 特种铸造及有色合金. 2015(03)
[7]熔模精密铸造技术在航空工业的应用及发展[J]. 樊振中,徐秀利,王玉灵,刘建军. 特种铸造及有色合金. 2014(03)
[8]大型复杂薄壁高温合金铸件熔模精铸技术的研究进展[J]. 何树先,王俊. 热加工工艺. 2013(21)
[9]高温合金大型薄壁铸件反重力铸造技术进展[J]. 余志文,李发国,张佼,董安平,孙宝德. 特种铸造及有色合金. 2012(12)
[10]GH4169合金研制进展[J]. 杜金辉,吕旭东,邓群,庄景云. 中国材料进展. 2012(12)
博士论文
[1]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
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：2928986
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高温合金作为发动机热端承力部件(a)及航空发动机(b)示意图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文织为等轴晶。定向凝固柱晶高温合金指用定向凝固技术制备铸件的高定向凝固柱晶涡轮叶片制造工艺流程较短、成品率较高、检测费用较成本比单晶高温合金叶片低[19]。单晶高温合金是含有多种元素并采用和选晶技术制造的具有单一柱状晶组织的铸造高温合金。航空发动机工作在高温度、高载荷、高转速、复杂应力、燃气腐蚀等极为苛刻的因此其材料及其制备技术代表着一个国家制造业的水平，单晶涡轮叶国外誉为“皇冠上的明珠”，高温合金发展趋势如图 1-2 所示。
图 1-3 高温合金空心叶片工艺示意图[20]温合金的合金化与熔炼工艺航空航天、船舶燃气轮机的发展，材料的使用温度和性能要高温合金对于难熔金属钨、钼、钽元素的含量提出要求，使度加大。铸造高温合金由于其铸造成型的特点，允许在铸造种合金元素，从而显著提高了合金性能。为了满足 1000℃左体介质中抗氧化、抗腐蚀的要求，加入了大量的强化元素，如Nb、Co 等，以保证其优越的高温性能。18 合金(IN713c)的微观结构包括 γ 晶粒、碳化物、枝晶间(γ+γ′分布在 γ 基体中沉淀相 γ′。高温合金依靠 Al、Ti 等元素与 物 γ′相（Ni3Al 或 Ni3Ti 等）的析出强化、部分细小稳定 MC、内弥散强化以及 B、Zr、RE 等净化晶界[2, 21]。研究人员发现 比值和 Al+Ti 含量后：随着 Al/Ti 比值和 Al+Ti 含量的增加，合金热稳定性得到提升[22, 23]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]熔模铸造工艺对K418B涡轮导向器充型性能与晶粒组织的影响[J]. 李飞,侯正乾,赵彦杰,郝新,李振锋,周坚. 铸造技术. 2019(03)
[2]Effect of pressurizing speed on filling behavior of gradual expansion structure in low pressure casting of ZL205A alloy[J]. Shan-guang Liu,Chuan-biao Luo,Guo-ai Li,Wen-lin Gao,Zheng Lu,Sheng-long Dai. China Foundry. 2018(04)
[3]点阵夹芯结构的参数分析与熔模铸造[J]. 张亮亮,刘泗岩. 机电工程. 2016(11)
[4]A356合金3D Kagome点阵夹芯板低压熔模铸造工艺[J]. 董多,朱冬冬,贺庆,周兆忠,倪成员,魏尊杰. 特种铸造及有色合金. 2016(11)
[5]镍基高温合金叶轮熔模铸造过程的数值模拟[J]. 何波,周泓江,李建辉,孙长青,张征义. 稀有金属. 2016(03)
[6]钛合金框架铸件铸造变形和应力的数值模拟[J]. 崔新鹏,张晨,范世玺,南海. 特种铸造及有色合金. 2015(03)
[7]熔模精密铸造技术在航空工业的应用及发展[J]. 樊振中,徐秀利,王玉灵,刘建军. 特种铸造及有色合金. 2014(03)
[8]大型复杂薄壁高温合金铸件熔模精铸技术的研究进展[J]. 何树先,王俊. 热加工工艺. 2013(21)
[9]高温合金大型薄壁铸件反重力铸造技术进展[J]. 余志文,李发国,张佼,董安平,孙宝德. 特种铸造及有色合金. 2012(12)
[10]GH4169合金研制进展[J]. 杜金辉,吕旭东,邓群,庄景云. 中国材料进展. 2012(12)
博士论文
[1]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
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：2928986
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