高温合金电磁软接触近净成形定向凝固研究

传统高温合金叶片类铸件制备过程中,熔体长时间受到陶瓷模壳材料的污染,性能难以提高,借助于电磁软接触成形技术中的电磁压力使高温合金熔体呈半悬浮状态,减少了熔体与磁模结晶器的接触面积和时间,提高了合金熔炼和成形的纯净度,同时将该技术和定向凝固技术相结合开发了一种实现高温合金复杂形状电磁软接触成形定向凝固的工艺,并探讨了该工艺下3种结晶器材料（陶瓷、磁模和石墨）中磁感应强度的分布规律,结果表明,石墨套高度对磁模结晶器磁感应强度的大小和分布以及熔体温度场有很大影响。通过调整上下线圈功率和抽拉速度等工艺参数成功地制备了大小两种近叶片形状的高温合金电磁软接触成形的定向凝固样件。．     

合金电磁约束成形及凝固组织控制研究

介绍了铁、镍基合金等的无接触电磁约束成形定向凝固技术。在系统研究电磁场与温度场及其耦合作用的基础上，成功地实现了对多种截面形状的铝、不锈钢及高温合金的无容器电磁约束成形。     

特种合金电磁软接触定向凝固冷却新工艺

通过对流化床传热特性的研究,提出了一种适用于特种合金在真空下定向凝固的冷却新工艺,并确定了最佳的冷却工艺配置.结果表明:液氮作为流化介质,在0.3 Pa压力作用下、100目SiC颗粒作为固体介质、采用喷嘴与隔热板间距为10 mm的工艺配置、抽拉速度9 mm/min时,固液界面温度梯度可达260 K/cm,并且实现了高温合金的软接触电磁成形,获得了高温合金近叶片状样件及一次枝晶间距平均为60 μm的定向凝固组织.     

北京航空材料研究院铸造高温合金及工艺发展40年

简要介绍了航空材料研究院４０年来在铸造高温合金及工艺包括熔炼，铸造，定向凝固及细晶铸造等领域取得的成就。     

喷射成形高温合金的研究进展

喷射成形高温合金具有成分均匀,无宏观偏析,氧含量低,晶粒细小等特征,同时具有较好的综合性能,是喷射成形研究的重要方向和活跃的前沿。简要介绍了喷射成形的基本原理,并对国家外喷射成形高温合金的研究进展情况进行综合评述。     

金属熔体电磁成形过程研究

以制备无污染的航空发动机叶片为背景 ,分析了金属熔体电磁成形定向凝固技术的原理 ,并以铝合金及 1Cr1 8Ni9Ti为研究材料 ,探讨了交流电磁场作用下金属熔体的感应加热熔化及约束成形过程 ,结果表明 :感应器结构决定其内部的磁场及电磁压力分布 ,感应器输入功率、熔体高度、上下液固界面位置、抽拉速度及冷却条件等参数综合影响金属加热熔化特性、熔体形状及其稳定性 ;通过控制合理的工艺参数 ,获得了截面为圆形及近似弯月面形、表面质量和内部定向组织良好的样件 .     

高温合金定向凝固技术研究进展

首先回顾了定向凝固的发展历史,重点分析了液态金属冷却定向凝固的技术特点。总结了高温度梯度下制备的定向凝固法单晶高温合金在组织和性能方面的研究现状,结合作者在本领域的研究,着重分析了定向凝固温度梯度、凝固速率、晶体取向、熔体超温处理、熔体对流控制对组织和性能的作用规律和机制,认为高温度梯度定向凝固是细化组织、减少缺陷、提高合金性能的重要途径。最后展望了高温合金定向凝固的发展趋势。     

电磁成形定向凝固三维非线性温度场数学模型

从基本物理模型出发,导出了电磁成形定向凝固稳态连铸过程中相变潜热在导热方程中的内热源处理形式,使之可以避免近似处理,而直接应用于数值模拟的推导过程.在此基础上,同时考虑涡电流加热、强制冷却、热辐射和热质运动等因素,建立了关于电磁成形定向凝固问题三维非线性温度场的完整导热微分方程.编程计算并与实验结果对比表明,模型正确有效.     

定向凝固和单晶高温合金及涡轮叶片的发展

北京航空材料研究所对定向凝固及单晶高温合金及工艺进行了多年卓有成效的研究,建立了先进的定向凝固设备,发展了定向凝固工艺,研制了一系列高性能定向和单晶高温合金;对合金设计、热处理、合金元素的作用进行了分析研究,为确定合适的化学成分及选定最佳工艺参数提供了可靠的基础;进行了精密铸造工艺的研究,发展了无余量铸造技术和用于定向及单晶的陶瓷型壳和型芯,并用此发展了多种航空定向和单晶叶片,特别是研制和批生产了用于先进航空发动机的DZ22无余量具有复杂内冷通道的空心涡轮叶片。现在,其主要目标是研制无余量的单晶空心叶片及其他单晶课题。     

合金成分对定向凝固柱晶高温合金热裂倾向性的影响

为研究定向凝固柱晶高温合金薄壁铸件凝固过程的热裂纹形成倾向,采用定向凝固空心薄壁管状试样,考察了Ti,Zr,Hf,Al和B等元素对定向凝固柱晶高温合金热裂倾向性的影响;采用SEM、断口分析及DSC方法,分析了热裂的晶界宏观形态.结果表明:随着Ti含量的增加,γ/γ′共晶增多,尺寸增大,合金凝固温度范围变大,定向合金的热裂倾向性严重;Zr元素含量增加,促成共晶形成,合金出现热裂纹;Hf含量的变化对合金的热裂没有影响;Al,B含量增加,微观组织无明显变化,但合金凝固温度范围变大,导致定向凝固合金出现热裂.     

交变电磁场下金属熔体的电磁约束连续成形与凝固

论述了连续铸造中模壳材料对铸件性能的影响。在介绍液态金属电磁成形原理的基础上,重点讨论了铝合金和钢铁材料的电磁成形以及存在的问题,并提出了液态金属电磁近终成形技术。利用开发的双频电磁近终成形技术,成功地实现了两种不同频率组合下的电磁成形过程,制备出了复杂弯月截面、复杂形状无模壳电磁成形的样件。     

电磁成形中矩形截面板件所受电磁压力的三维有限元分析

通过三维Aφ-A法计算了电磁约束成形过程中磁感应强度、涡流密度和集肤层的分布;对具有不同曲率半径倒角的矩形截面样件所受电磁压力的分析发现:磁感应强度在角部最大,涡流集肤层在角部变厚;电磁压力总体分布在角部最大,但当曲率半径在接近或小于集肤层厚度时,该处电磁压力会形成峰谷形分布.     

液态金属双频电磁成形中磁感应强度和电磁压力的数值计算

对液态金属双频电磁成形中三种圆形截面感应圈配置形式中磁感应强度分布进行了计算 ,结果发现 :(1 )直筒和直筒感应圈组合形式中磁感应强度和电磁压力在轴向上易造成两个峰值分布 ,而斜筒和直筒 ,斜筒和斜筒感应圈组合形式可得到与液态金属静压力分布趋势相同的磁感应强度和电磁压力分布 ;(2 )在径向上 ,离双感应圈内壁越近 ,三种配置形式感应圈产生的磁感应强度和电磁压力越大 ,液态金属双频电磁成形形状的稳定性也就越高 .     

电磁约束成形的技术特点及其发展前景

回顾了电磁约束成形技术的发展过程,通过分析圆形、椭圆形等不同横截面形状的纯铝、不锈钢以及高温合金等金属试样的电磁约束成形过程,从感应器结构、屏蔽罩插入深度、材料性状及抽拉速率等方面出发,详细论述了电磁约束成形定向凝固过程的技术特点,并阐述了电磁约束成形定向凝固技术的优缺点,指明了其今后的发展方向。     

金属熔体双频电磁成形的理论和试验研究

从固态金属感应加热熔化和液态金属电磁成形两个角度出发，讨论了金属熔体双频电磁成形中的频率选择，物理量的分布以及两种双频电磁成形的试验过程，结果表明：小尺寸复杂形状金属熔体电磁成形的最佳频率约在超音频的范围（f=10～100kHz），双频电磁力等物理量的分布是相应单频电磁力等物理量和与频率相关的三角函数的组合，在一定条件下，可简化为两个单频物理量的叠加。试验中成功地实现了双高频和高频一超音频两种双频电磁成形过程，高频一超音频双频电磁成形的工艺要优于双高频电磁成形的工艺，最后利用优化的双频电磁成形方案成功地实现了扁椭圆、弯月截面等复杂形状金属熔体双频电磁成形过程，获得了无模壳双频电磁成形的复杂截面形状样性。     

电磁场作用下的金属凝固与成形

综述了电磁场在金属凝固成形过程中的主要应用及其基本原理，指出了应用计算机数值模拟方法求解材料电磁加工问题的重要性及其今后的发展方向。     

基板预热温度对激光金属沉积成形零件微观组织的影响

基板预热可以显著降低激光金属沉积成形（laser metal deposition shaping, LMDS）过程的热应力,从而抑制成形过程裂缝的产生,但基板预热温度的高低对成形零件的微观组织有着重要的影响,因此研究不同基板预热温度下激光金属沉积成形零件的微观组织变化规律对基板预热温度的选择具有非常重要的意义.利用中国科学院沈阳自动化研究所自行研制的激光金属沉积成形系统和基板预热系统,采用Ni60A金属粉末在基板未预热和预热到200,300,400,500和600 ℃时分别进行成形试验.然后利用扫描电子显微镜和能量散射谱仪对成形试件的微观组织进行深入的研究,得到不同基板预热温度对激光金属沉积成形零件微观组织的影响规律,为基板预热温度的优化选择提供了重要参考.