基于ProCAST模拟的钛合金环形铸件缩孔预测

使用ProCAST软件对钛合金环形铸件铸造过程中的流场、温度场及缩孔分布进行了数值模拟。为验证模拟结果,根据模拟模型设计并开展了浇注试验。模拟结果显示,金属液流动过程平稳,铸件成形完整,缩孔呈条形分布在铸件中部的厚大环形热节区域。模拟和试验的缩孔结果吻合很好,说明数值模拟能准确预测钛合金铸件的缩孔分布,从而为工艺设计提供指导。     

某种钛合金精密成形铸件铸造变形的数值模拟

目的 基于ProCAST，建立钛合金铸件铸造变形的模拟预测方法。方法 以某板状钛合金铸件为例，模拟了充型凝固、型壳内冷却和脱壳后冷却3个过程，并分别对各过程进行了相应假设和参数设置。为验证模拟结果，根据模拟模型设计了浇注验证实验。结果 铸件中间部位向外侧凸起，加强筋部位向内侧凹陷，和实验结果基本一致，变形量预测吻合度在60%~72%之间。结论 通过合理设置模拟流程和材料参数模型，数值模拟可以预测钛合金铸件的变形规律，并为变形量预测提供重要参考。     

凝固模式对定向凝固TiAl-Nb合金组织和力学性能影响

目的 研究凝固模式对TiAl-Nb合金定向凝固组织和力学性能的影响。方法 利用Bridgman定向凝固方法制备了单一β、亚包晶、过包晶以及单一α相4种凝固模式的TiAl-Nb合金,对显微组织进行观察,并进行室、高温拉伸性能测试及断口形貌分析。结果 单一β凝固模式柱状晶明显倾斜,其他凝固模式合金的柱状晶挺直且宽度较均匀,除单一α凝固合金中片层方向近似与定向凝固方向平行外,其他模式凝固合金中大部分片层方向与定向凝固方向呈近45°夹角;拉伸性能结果显示,亚包晶合金室温和高温抗拉强度最高,分别为429和483 MPa,单一α相合金室温和高温抗拉强度最小,分别为281和204 MPa。结论 亚包晶合金其室温和高温拉伸性能均高于其他凝固模式的合金性能,但定向凝固试样制备过程中产生Y2O3颗粒夹杂,导致拉伸试验过程容易形成应力集中,致使定向凝固TiAl-Nb合金较早发生断裂。     

Ti-48Al-2Nb-2Cr合金铸造收缩特性研究

目的 研究TiAl合金铸造过程的收缩特性。方法 采用Ti4822合金,通过设计长方体、圆柱体、回字形和环形4种典型结构,开展了熔模精密铸造工艺实验。结果 基础尺寸在10~80 mm时,Ti4822合金的自由线收缩率在3.11%~2.09%之间,受阻收缩比自由收缩低30%~50%左右,同时随着基础尺寸的增加,自由线收缩量增加,而收缩率呈降低趋势。结论 收缩数据和规律的获得,为TiAl合金铸件尺寸精度控制提供了基础数据。     

TC4预合金粉末模壳热等静压成型技术

对TC4预合金粉末进行模壳热等静压成型,并对成型构件的尺寸收缩、合金的微观组织、室温拉伸性能,以及合金/模壳界面微观结构进行了分析。结果表明:采用TC4预合金粉末模壳热等静压技术实现了构件的完整成形,合金致密度达到98%,粉末在致密化过程中,沿构件的长度及宽度方向收缩较少,沿厚度方向收缩较大,中心部位收缩率达到30%;成型得到的合金为细小均匀的网篮组织,片层周围分布少量等轴α相;合金塑性为铸造TC4合金的1.5倍以上,拉伸性能完全达到甚至超过锻件水平;粉末模壳热等静压工艺中,TC4合金与模壳之间无明显的界面反应,在构件表面存在10μm左右的疏松层。     

热处理对高温钛合金TG6铸造组织及性能的影响

对熔模精铸TG6合金进行了热等静压和退火热处理试验,研究了其铸态、热等静压态和退火态的显微组织和力学性能。结果表明,该合金在铸态下为晶粒粗大的魏氏组织,组织中存在缩松缺陷,合金抗拉强度为871.3MPa,塑性0.8%,合金组织中的疏松缺陷为断裂的裂纹起始源;通过热等静压后该合金抗拉强度及伸长率提高到950.7 MPa和3.7%;经过750℃退火热处理后,组织中β板条部分溶解,并析出(TiZr)6Si3硅化物,合金的室温拉伸延伸率提高到5%以上,强度相对于热等静压未发生明显改变,断口表现为解理断裂。     

铸型预热温度对Ti_3Al环形复杂结构铸件充型的影响

研究了室温、150℃、300℃铸型预热温度下网格试样的充填率和400℃、600℃两种铸型预热温度以及采用砂箱保温对Ti_3Al环形复杂件的充型影响,发现提高铸型预热温度可以改善Ti_3Al的充型能力,但其与铸型面层反应产生气体对液态Ti_3Al合金填充有阻碍作用;铸型放置于砂箱中的条件下,400℃的预热温度可以满足Ti_3Al合金环形复杂构件的完整充型。     

TiAl合金薄壁环形件精铸成形工艺研究

针对TiAl合金室温塑性低、制备过程容易开裂等问题,采用氧化物陶瓷型壳、真空自耗凝壳熔炼和离心浇注相结合的方式,研究了Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的精密铸造成形技术。通过浇注系统设计和浇注工艺优化,采用离心浇注成功制备出TiAl合金环形铸件,直径达260mm,80%区域壁厚在1.5~3.0mm,经无损检测发现铸件无裂纹、缩孔缺陷。     

钛铝低压涡轮叶片熔模铸造精确成形及冶金缺陷分析

目的 研究不同浇冒口设置对TiAl低压涡轮叶片的成形的影响及叶片冶金缺陷形成的原因。方法 采用熔模精铸方法,通过设计顶注式重力铸造浇注系统,采用冷坩埚感应熔炼炉进行TiAl叶片浇注实验,采用目视和X射线检验方法分析叶片铸件表面及内部缺陷,并结合金属凝固理论分析缺陷形成原因。结果 合理的浇口和排气孔设置有效避免了因熔体流动性差造成的叶片充型不完整,以及凝固收缩导致的应力开裂等问题,浇注出成形完整的铸造叶片;叶冠与叶身端部转角部位充型凝固过程中形成热节,容易出现贯穿性疏松缺陷;树脂基熔模焙烧后残留的碳黑在熔体充型凝固过程中,与面层中的ZrO2反应生产CO,导致叶身出现聚集性皮下气孔;由于凝固收缩引起叶身与铸型分离,降低横向散热能力,导致叶盆部位出现表面疏松。结论 通过浇注合理的浇注系统设置可实现TiAl叶片完整充型,疏松缺陷控制为进一步提高叶片质量的关键。     

TC4合金陶瓷模粉末冶金工艺研究

目的 研究陶瓷模粉末冶金工艺,通过数据积累指导未来工程化应用。方法 通过氧化钇陶瓷模壳技术,研究构件与铸件的化学成分、力学性能及微观组织。结果 粉末件在包套高度方向上金属收缩率明显大于包套水平方向的收缩率;粉末构件内部质量良好,无夹杂,其致密度达到了99.5%;粉末构件室温力学性能优于同成分铸件,部分室温力学性能达到TC4锻件水平。结论 采用稀土氧化钇面层、硅溶胶铝矾土背层涂料工艺得到的陶瓷型可用于陶瓷型壳粉末冶金工艺;构件尺寸收缩率在每个方向上不是均匀的,和其在包套内放置方向、包套放置方向都有关系;构件晶粒细小均匀,组织为由细小的魏氏体板条α相与相间β相、等轴α相所组成,等轴α相分布不均匀,主要分布在晶界上;其构件室温力学性能优于同成分铸件力学性能,部分性能达到了锻件水平。