多联整铸定向空心叶片的荧光渗透检测

某发动机涡轮导向叶片,为多联整铸定向空心叶片。叶片结构复杂,选材为IC10合金,在毛料阶段需进行荧光检查,以便发现叶片的表面开口缺陷。定向铸造工艺为新工艺,荧光检测面临的主要问题是如何选用合适的检测工艺。为此,开展了相关荧光检测工作,对水洗法和后乳化法进行差异对比,通过大量重复试验最终确定了合适的检测工艺。     

专利文献信息

注射成形半固态合金的方法；模塑低熔点金属合金的方法；铸件及制造该铸件的方法；单晶与定向柱晶复合结晶叶片及其制造方法；真空抬包；铸芯材料；     

数值模拟技术在制备燃气轮机叶片中的应用

从单晶叶片的选晶过程、HRS定向凝固工艺制备航空叶片及LMC工艺制备重型燃气轮机叶片3方面,简要介绍了数值模拟技术的研究进展。描述了数理模型的建立,对比分析了两种不同的定向凝固工艺的优缺点。螺旋选晶器的设计对单晶叶片的制备影响较大,其设计失效可能会导致选晶效率差,出现杂晶缺陷等。通过对航空叶片温度场及微观组织的模拟,结合试验研究,优化了工艺,成功制备出单晶叶片。重型燃气轮机叶片制备更为复杂,通过数值模拟缩短了研发周期,节约了成本。     

一种无余量叶片定向凝固工艺的研究

通过一种无余量叶片的定向凝固工艺试验,确定了该叶片的浇注系统、定向凝固工艺参数。结果表明,定向叶片在浇注系统中的分布方式及引晶位置对柱状晶的生长和温度场分布有直接影响,带冠叶片将引晶段与榫头相接能够更好地防止叶片扭曲变形,减少叶片表面缩松、裂纹等缺陷。由正交试验发现,型壳预热温度、浇注温度过低及拉晶速率过快不利于柱状晶的生长和保证凝固面的温度梯度。型壳预热温度为1 510~1 520℃,浇注温度为1 510~1 520℃,拉晶速率为5.0mm/min时,能够更好地消除叶片表面斜晶、断晶,获得品质稳定的定向凝固细直柱状晶叶片。     

涡轮叶片柱状晶制备工艺过程仿真及参数控制

依据涡轮叶片柱晶制备工艺，自主开发了温度场模拟软件HRSCAE。通过正交设计及模拟试验，研究了不同抽拉速度、加热及冷却条件对柱晶涡轮叶片生产过程温度场分布、固液界面形态的影响。研究表明，抽拉速度是影响铸件质量的主要因素，通过控制抽拉速度，使固液界面尽量保持在绝热区附近，可以使固液界面在较长时间内保持平坦状态。固液界面位置越靠近绝热区，越有利于柱晶的生长。模拟试验为准确控制工艺参数和解决定向凝固生产实践中发散度问题提供理论依据，也为获得表面光洁的高质量柱状晶提供了技术途径。     

一种定向凝固叶片浇注系统的研究

通过对某发动机低压涡轮工作叶片定向凝固用浇注系统的设计和研究,找出了浇注系统影响铸件定向凝固质量的因素,确定了可获得较高铸件合格率的设计方案.研究表明:在定向凝固浇注系统设计中,叶片分布方式和引晶位置直接影响到叶片定向凝固柱状晶生长状态和组织致密程度;叶片呈环形均布形成的温度场有利于柱晶沿[001]方向生长,呈扇形均布的组合方式不利于柱状晶定向生长.     

Rolls——Royce失蜡铸造的进展

Rolls-Royce用失蜡铸造制造发动机叶片,把等轴晶叶片改成定向凝固的柱状晶叶片,消除横向晶界提高叶片的高温性能。主要进展有两点:(1)真空熔化和铸造—避免镍基合金的氧化;(2)定向凝固—做成柱状晶叶片,已用     

中国早期失蜡铸件——许公宁蟠虺纹透空饰件的复制研究

通过对春秋中晚期许公宁墓蟠虺纹透空饰件的工业CT、扫描电镜、金相、成分分析等检测,并结合结构分析与工艺痕迹考察,确认此件不存在焊接、铸接必然有的界面或扩散层,属典型的整体失蜡铸件铸件。据此,用松香、蜂蜡、菜油等配制传统蜡料,用细粘性土和熟泥配入草木灰、细河砂、细锅灰,加水调成糊状做为铸型材料,模拟传统失蜡铸造工艺,成功复制出诸多工艺痕迹与许公宁蟠虺纹透空饰件一致的铸件。显而易见,"中国青铜时代不存在失蜡法铸造工艺"之说是与事实相悖的。     

大尺寸燃气轮机叶片的熔模铸造工艺

介绍了大尺寸燃气轮机叶片熔模铸造工艺现状,重点列举了叶片熔模铸造的几个关键过程:模具设计及制造、蜡模尺寸控制、型壳制造工艺、定向和单晶叶片技术等.并指出了大尺寸燃机叶片熔模铸造工艺的几种关键技术目前的发展方向.     

718合金TIG焊热影响区组织变化

以不同热输入对轧制、铸态、铸后均匀化热处理3种2.8 mm厚Inconel-718薄板进行TIG焊试验.观察各接头母材与HAZ(焊接热影响区)组织,分析热输入对3种母材接头HAZ晶粒结构、大小的影响.发现随热输入增大,轧制母材焊接接头HAZ沉淀相大量溶解,等轴晶晶粒长大明显,速度为铸态或均匀化接头4.6倍.铸态或均匀化母材呈树枝晶,晶粒较大;HAZ偏析区扩散消失,奥氏体成分趋于均匀,树枝晶结构痕迹减弱;沉淀相残留于原枝晶间位置,在抑制HAZ晶粒长大的同时,保留部分树枝晶结构痕迹;铸态母材焊接接头HAZ沉淀相多于均匀化接头,更接近树枝晶结构.     

液态金属冷却法制备重型燃机定向结晶空心叶片凝固过程的实验与模拟

利用高温度梯度定向凝固-液态金属冷却(LMC)技术制备了重型燃机定向结晶空心高压涡轮叶片,采用Pro CAST有限元模拟软件计算了LMC定向凝固工艺下,不同抽拉速率时空心定向结晶叶片凝固过程的温度场、晶粒组织以及一次枝晶间距(PDAS),预测了抽拉速率对杂晶、雀斑等缺陷的影响.结果表明,模拟结果与实验结果吻合良好.随着抽拉速率增加,叶片的凝固速率、冷却速率均增加,远高于高速凝固法(HRS)的凝固速率、冷却速率;叶片不同部位达到最大纵向温度梯度时的抽拉速率不同,纵向温度梯度是评价定向工艺的有效方法;LMC工艺制备的燃机叶片消除了雀斑缺陷,PDAS远小于HRS工艺.     

K487合金内涵尾喷管的精铸工艺

内涵尾喷管是某航天发动机的关键部件，采用可焊接铸造高温合金K487无余量整体精密铸造而成。内涵尾喷管铸件由内环、中环、外环、支撑板以及内层导向叶片组成，叶片最薄处仅为0.64mm。该铸件是结构复杂的薄壁件，因此在铸造凝固过程中极易产生疏松、裂纹等缺陷，铸造难度大。本研究采用了组合夹具精密定位、蜡模分体组合成型的工艺方案，获得高尺寸精度和高表面质量的蜡模；通过优化浇注系统和浇注工艺的方法获得高冶金质量的铸件，很好地满足了设计和使用的要求。     

DD5合金单晶双联整铸导向叶片的热工艺匹配性

研究了DD5合金单晶双联整铸导向叶片热工艺顺序对组织和性能的影响。结果表明,DD5合金标准热处理后,合金组织由碳化物、残留共晶相和规则立方状的γ'相组成。与标准热处理相比,时效前后的焊接,碳化物形貌和数量无明显变化,γ'相和基体通道尺寸呈不均匀分布,γ'相的立方化程度降低,可见锯齿状的γ'/γ相界面,基体通道可见细小不规则的二次γ'相。与时效后进行钎焊工艺相比,时效前进行钎焊工艺的γ'/γ相界面锯齿化程度较轻,γ'相的立方化程度稍好,对合金870 ℃拉伸性能、980 ℃/250 MPa和1093 ℃/158 MPa持久性能没有明显影响。考虑到叶片研制生产工序的安排,建议DD5合金导向叶片先进行标准热处理,再安排焊接工序。     

定向导向器叶片熔模铸造工艺研究

通过对导向器叶片的陶瓷型芯制造工艺、型壳制造工艺、铸件的熔注工艺等进行了系统研究,确定了定向凝固技术在复杂结构、空心、无余量导向器叶片上应用的工艺规范,消除了导向器叶片定向凝固过程中截面突变区裂纹及大缘板疏松缺陷,解决了复杂内腔结构叶片偏、漏、断芯问题。     

采用低温度梯度HRS工艺制备的镍基单晶高温合金雀斑组织

通过在高速凝固法(HRS)定向凝固过程中调整隔热挡板与壳型之间的间隙,获得了较低的定向凝固温度梯度(～30℃/cm),制备了含有雀斑组织的单晶高温合金试棒。结果表明:采用常规HRS工艺(温度梯度～50℃/cm)制备的合金一次枝晶间距为323μm,含有1.70%铸态共晶;而采用较低温度梯度HRS工艺制备的合金一次枝晶间距达到了704μm,是常规HRS工艺的2.2倍,并且合金的二次枝晶及三次枝晶较为发达;此外,雀斑组织区域包含较多平均晶粒尺寸为200μm的等轴晶晶粒和4.64%的铸态共晶,同时分布着富集Ta元素的MC碳化物。定向凝固过程中较低的温度梯度增大了合金的一次枝晶间距并使合金元素的凝固偏析加重,导致糊状区液相发生对流的倾向增大,从而促进了雀斑组织的形成。     

抽拉速度对单晶叶片定向凝固过程的影响

建立了单晶高温合金涡轮叶片定向凝固过程数值计算的有限元模型,利用Pro CAST软件模拟计算了叶片在定向凝固工艺下不同抽拉速率时叶片凝固过程的固-液界面形状、纵向温度梯度、冷却速率和二次枝晶间距,预测了抽拉速率对杂晶形成的影响。结果表明,随着抽拉速率增大,温度梯度略有降低,二次枝晶间距减小;随着抽拉速率增大,叶片冷却速率增大,而起晶器和选晶器中的冷却速率不受抽拉速率的影响。     

高温合金单晶叶片定向凝固过程的宏微观数值模拟

基于有限元和Panda热动力学数据库建立了单晶叶片真空熔模铸造定向凝固过程的数理模型,对不同工艺下单晶叶片试样凝固过程中的温度场、糊状区演变及枝晶二次臂间距进行了仿真,研究了缺陷形成机理和规律。计算结果与实验吻合良好。计算结果显示,拉速大时二次臂细小,但杂晶产生的趋势加大;拉速小时杂晶不易形成,但二次臂增粗。对实际空心薄壁复杂单晶叶片定向凝固过程的模拟研究表明,二次臂间距在叶身部分分布比较均一, 3.5 mm/min抽拉时有可能在缘板处产生杂晶。采用变拉速工艺,不仅可避免杂晶缺陷,还能保证工件大部分枝晶细小,提高生产效率和成品率     

镍基单晶高温合金定向凝固组织的数学模型表征

通过改变定向凝固工艺研究了镍基单晶高温合金铸态组织的演化规律,并用数学模型对试验结果进行了拟合。结果表明,随着抽拉速率的增大,合金铸态组织的凝固界面经历了胞状-粗枝状-细枝状的转变;铸态组织一次枝晶间距试验结果介于Hunt模型和Trivedi模型之间;通过对试验数据的非线性回归分析,得到一次枝晶间距λ1和抽拉速率V之间满足的回归公式;随抽拉速率的增大,二次枝晶间距减小,但Re和Ru的添加对一次和二次枝晶间距的影响较小。     

大厚度环缝的窄间隙埋弧焊

随着高温高压容器的广泛应用和高温高压容器的结构由整铸整锻结构向焊接结构转变,大大地开拓了厚板焊接的市场,窄间隙埋弧焊就是在这种形势下取得了令     

小尺寸涡轮叶片精铸蜡模螺旋铣削加工方法研究

小尺寸涡轮叶片验证优化精铸型腔用蜡模采用传统翻面工艺加工时,产生二次定位误差和蜡模前缘存在接刀痕等问题.新方法通过专用的悬臂回转夹具和四坐标螺旋铣削工艺,可实现一次装夹完成蜡模叶身型面的连续性铣削加工.以截面线轮廓度误差为评价原则,对以上两种加工工艺的精度进行对比分析.结果表明,新工艺可获得更高精度的小尺寸涡轮叶片验证优化精铸型腔用蜡模,为无模条件下验证小尺寸涡轮叶片优化精铸型腔的正确性奠定了良好的基础.