镍基高温合金凝固参数对枝晶组织与性能的影响

摘要

本文选用镍基高温合金制造的燃气轮机涡轮叶片为研究对象，分析了凝固参数对枝晶组织和机械性能的影响，利用模拟软件对铸件枝晶组织和机械性能进行模拟预测，对优化工艺、获得具有优良组织与性能的铸件起指导作用。
　　利用Anycasting模拟仿真软件对叶片的充型与凝固过程进行了数值模拟计算，对叶片进行了缩松缺陷预测，预测结果显示叶身厚大部位为出现缩松缺陷位置，对实际铸件进行横截面解剖分析，分析结果显示预测结果与实验情况十分吻合。
　　对叶片不同部位截面的晶粒度尺寸和二次枝晶间距进行了检测，结果显示：不同部位晶粒度尺寸和二次枝晶间距不同，叶身部位晶粒度最小值为0.85mm、最大值为3.22mm，二次枝晶间距最小值为51μm、最大值为95μm，而榫头部位晶粒度为5.58mm、二次枝晶间距为117μm；对于同一截面而言，晶粒度和二次枝晶间距均随截面壁厚的增加而减小，对于不同截面，晶粒度和二次枝晶间距随着所在截面与浇冒口的距离减小而增大。
　　分析研究了二次枝晶间距与凝固参数之间的关系，结果表明随着冷却速度(CR)的增加和局部凝固时间(tf)的减小，二次枝晶间距(SDAS)逐渐减小，根据测量结果得出了它们之间的定量关系。
　　以维氏硬度(HV)为代表，研究了枝晶组织与铸件力学性能之间的关系，结果表明，随着晶粒度尺寸(d)和二次枝晶间距的增加硬度均逐渐减小，根据实验结果得出了它们之间的定量关系。
　　利用Anycasting模拟软件对合金叶片的整体晶粒度尺寸、二次枝晶间距和维氏硬度进行了预测，并把模拟预测结果与实测值进行了比较，结果显示模拟值与实测值吻合较好。模拟预测了不同工艺条件下的枝晶组织和维氏硬度，结果显示：随着浇注温度的降低，晶粒度尺寸和二次枝晶间距减小而维氏硬度增大；随着铸型预热温度的提高，晶粒度尺寸、二次枝晶间距增大而维氏硬度减小，但是高的铸型温度能获得更均匀的晶粒度尺寸；包保温毡能使晶粒度尺寸和二次枝晶间距增加，使维氏硬度变小。

目录

镍基高温合金凝固参数对枝晶组织与性能的影响

STUDY ON EFFECT OF SOLIDIFICATION PARAMETERS ON DENTRITIC STRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES IN NI-BASED SUPERALLOYS

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 选题意义

1.2 高温合金的发展概况

1.2.1 国外高温合金的发展概况

1.2.2 我国高温合金的发展概况

1.3 铸造过程数值模拟技术的发展概况

1.3.1 国外铸造过程中数值模拟技术的发展概况

1.3.2 我国铸造过程中数值模拟技术的发展概况

1.4 合金组织及性能研究概况

1.5 存在的问题及本课题主要内容

第2章 充型凝固过程及微观动力学数学模型

2.1 引言

2.2 铸件充型凝固过程数学模型

2.3 微观动力学模型

2.3.1 形核模型

2.3.2 枝晶尖端生长动力学模型

2.4 本章小结

第3章 充型凝固过程数值模拟与缩松缺陷预测

3.1 引言

3.2 充型凝过过程数值模拟前处理

3.2.1 叶片及型壳三维实体造型

3.2.2 有限差分网格的剖分与参数输入

3.3 充型凝固过程数值模拟结果与分析

3.3.1 充型过程数值模拟结果与分析

3.3.2 凝固过程数值模拟结果与分析

3.4 缩松缺陷预测与分析

3.5 本章小结

第4章 叶片枝晶组织观察与性能测试分析

4.1 引言

4.2试样制备及实验方法

4.2.1 取样与金相试样制备

4.2.2 实验方法

4.3 实验结果与分析

4.3.1 组织观察结果

4.3.2 枝晶组织与凝固参数之间的关系分析研究

4.3.3 枝晶组织与铸件力学性能之间的关系分析

4.4 本章小结

第5章 叶片枝晶组织与性能预测

5.1 引言

5.2 枝晶组织与性能预测

5.3 不同工艺条件下的枝晶组织与性能预测

5.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢