陶瓷型芯在精铸涡轮叶片中的应用

涡轮叶片通常具有允许冷空气流过的内部冷却通道 ,在精密铸造过程中它由预制的陶瓷型芯形成。由于陶瓷型芯在金属浇注过程和凝固过程中要承受多种作用力 ,要求陶瓷型芯在高温下具有足够的强度和稳定性能。按照基体材料的不同 ,陶瓷型芯可分为硅基型芯和铝基型芯两类。本篇讨论的是硅基型芯。1　陶瓷型芯制备应注意的几个环节1.1　原材料的选择和成分控制陶瓷型芯的主要成分是石英玻璃和硅酸锆。石英玻璃中的一些杂质成分如Ｎａ2 Ｏ等对型芯的烧结质量有影响 ,因此要严格控制石英玻璃粉的化学成分。硅酸锆是作为添加剂加入的。建议使用一级品…     

轴承座铸件裂纹缺陷的消除

分析了轴承座铸件产生裂纹的原因，发现裂纹是铸件凝固过程中形成较大的铸造应力与热处理过程中各部位受热不均产生的应力相叠加的结果。根据分析提出了严格配料、提高芯砂退让性、合理安放冷铁、控制热处理升温速度等消除铸件裂纹缺陷的有效工艺措施。     

铸造孔洞对叶片失效断裂的影响

针对叶片在工作过程中出现失效断裂的问题,主要采用扫描电镜、能谱以及金相方法对叶片断口进行了分析。结果表明:一个较大的铸造孔洞形成了应力集中,产生了细小的裂纹,它在应力作用下不断长大和扩展,最终导致整个叶片疲劳断裂。     

铝合金空心锭内孔拉裂漏铝原因及防止措施

为了解决热顶铸造铝合金空心铸锭生产中产生的内孔拉裂及漏铝问题,对漏铝部位纵向切片检查,发现漏铝前通常会出现拉痕和拉裂,但也发现没有出现拉裂现象的突发性漏铝特例。查阅相关文献,结合生产实际分析了空心锭内孔产生拉痕、拉裂及突发性漏铝的原因。基于铸造机制,从铸造工具、铸造参数和操作工艺等方面提出了防止内孔拉裂、漏铝的措施,成功研制了加装排气装置的铝合金空心锭热顶铸造结晶器。研制的热顶铸造结晶器可有效降低铸管内气体压力,解决了铸井溢流排水情况下频发漏铝问题。在满足使用性能的前提下,提高合金强度、降低材料应力、提高材料塑性等降低裂纹敏感性的措施均可避免热顶铸造空心锭内孔裂纹、拉裂缺陷的产生。     

飞机铸造镁合金件螺栓孔的开裂原因

针对某飞机铸造镁合金件螺栓孔开裂失效的问题,通过化学成分分析、断口宏观观察和微观形貌观察、显微组织分析和硬度测试等方法,并结合有限元应力分析和强度校核等对裂纹产生的原因进行了分析。结果表明,由于铸造缩松和人工加工破坏了氧化膜,使得暴露的镁基体与附着冷凝水发生电化学反应形成早期微裂纹,此外铸造镁合金中铝元素的过量添加造成晶界处偏析物过多,从而降低了晶界结合力,使裂纹扩展阻力降低,在残留应力的长期作用下,微裂纹不断扩展造成最终的应力腐蚀裂纹。     

铸造高温合金涡轮叶片热冲击疲劳行为研究

为了研究不同材料涡轮叶片热冲击疲劳性能,采用感应加热热冲击试验装置对三种铸造高温合金涡轮叶片进行了试验研究。利用光学相机、视频显微镜和扫描电子显微镜对叶片表面裂纹形貌、叶片横截面和断口形貌进行观察。结果表明：单晶涡轮叶片热冲击疲劳寿命长于定向晶涡轮叶片热冲击疲劳寿命。定向晶涡轮叶片中添加Re元素延长了热冲击疲劳寿命。热冲击疲劳导致裂纹萌生于叶片中截面考核区并沿叶高方向扩展。裂纹的扩展方式与叶片合金成分及铸造工艺有关。     

180t铸造起重机主梁裂纹研究

针对某厂180 t铸造起重机主梁开裂的现状,采用有限元法对其满载工况进行计算,发现开裂部位为应力较大的位置,但其应力水平远未到达材料的屈服极限。铸造起重机现有裂纹主要出现在主梁上盖板与主腹板连接焊缝的局部区域,轮压局部应力是导致裂纹产生的主要原因。     

A356铸造铝合金的疲劳裂纹萌生及短裂纹扩展研究

研究了A356-T6铸造铝合金的缺口疲劳裂纹萌生与早期扩展行为及机制.结果表明,热等静压试样的疲劳抗力优于非热等静压试样.对于钝缺口试样,疲劳裂纹萌生于缺口根部附近的多个平面,最终哪个裂纹源扩展成主裂纹取决于局部微观组织.对于缺口几何形状不同的热等静压和非热等静压疲劳试样,在疲劳过程中,不管是在高应力状态下,还是在低应力状态下,都出现了铝基体的循环塑性变形和共晶硅粒子断裂导致疲劳裂纹萌生.对于非热等静压试样,铸造缩孔在构件的疲劳过程中起着重要作用,但即使缺口根部存在较大尺度的铸造缩孔,导致了疲劳裂纹萌生,但也同时观察到疲劳裂纹从共晶硅粒子、金属间化合物、铝基体的滑移带和铁基金属间化合物等处萌生.对于脆性的A356铸造铝合金可采用修正的断裂力学参量ΔKn、局部应力范围Δσ或局部应变幅Δε/2作为控制参量来表征疲劳裂纹萌生行为,而缺口有效应力强度因子范围ΔKneff和ΔJs参量可用来表征缺口场中短裂纹扩展行为.     

灰铁机体件热裂纹的研究及预防

对一种V型灰铁发动机机体热裂纹缺陷进行了研究,通过对浇注后铸件凝固时铸造应力的产生和传递过程分析,确认了热裂纹形成机理,并在生产实验中进行了验证,采用加冷铁的工艺解决了热裂纹缺陷。     

航空发动机用导向叶片叶身裂纹形成机制研究

通过对K441合金导向叶片铸件出现的铸造裂纹及磨削裂纹的观察,并对裂纹处的析出相进行了能谱分析,确定了该导向叶片铸造裂纹和磨削裂纹的形成原因.K441合金导向叶片铸造裂纹的形成与铸件凝固期间补缩能力及合金中C元素含量密切相关.K441合金凝固过程中,除正常枝晶搭接外,在枝晶间析出的碳化物相阻塞了补缩通道,削弱了凝固前沿的界面强度,从而促进热裂纹的产生.合金中碳化物在晶界的析出使叶片磨削裂纹沿晶界形成和长大,并最终导致叶片报废.通过在叶片隔板上增加与冒口相连的补缩通道部分解决了叶片形成疏松和裂纹的问题,而磨削裂纹要通过调整碳化物的析出量和析出形态来解决.     

Numerical simulation and experimental verification of gravity and centrifugal investment casting low pressure turbine blades for high Nb–TiAl alloy

Gravity and centrifugal investment casting processes of low-pressure turbine blades with high Nb–TiAl alloy were simulated by Procast software. Actual blade components were poured by vacuum induction suspended furnace with Ar protection. The experimental verification indicated that the simulation results were in good agreement with the experimental results. Comparative results had shown that the surface of centrifugal casting blade was more complete than that of gravity casting one. In gravity casting process, molten metal filled the thinnest trailing edge at last, resulting in the generation of misrun defects. Furthermore, the shrinkage porosity and crack defects of gravity casting were much more and dispersive. The internal and external quality of centrifugal casting was much better than that of gravity casting. Microstructures from edge to center of gravity casting blade had no significant change. The microstructure for centrifugal casting blade is finer than that for gravity casting blade, however, a large number of dentritic γ segregation appeared in the blade edge of centrifugal casting, which resulted from the fast cooling rate of centrifugal casting surface.     

树脂砂型(芯)热开裂及其铸件产生脉纹缺陷的理论判据的研究

本文应用弹性力学和传热学等理论导出了树脂砂型(芯)在铸造过程中的热应力和机械应力关于厚度方向的一维空间z和受热时间t的二元方程,据此提出了一种新颖的树脂砂型(芯)热开裂的理论判据,并首次建立了铸件产生脉纹缺陷的理论判据。文中对该热开裂理论判据进行了简化分析,结果表明:以前的一些判据只是该判据的特例或简化式。文章还根据所得的理论判据提出了防止砂型(芯)热开裂和铸件产生脉纹缺陷的措施。     

高速刮擦条件下封严涂层热物性对叶片损伤行为的影响

利用自制的高速刮擦试验机,对常见的铝、镍基封严涂层与TC4钛合叶片组成的封严摩擦副在高速刮擦条件下的摩擦学行为进行了研究。结果显示,铝基封严涂层对于叶片磨损轻微,甚至出现涂层粘着叶片的现象;镍基封严涂层严重的损伤叶片。通过分析刮擦面温度与力学性能变化间关系,发现封严涂层的热物性能对叶片的损伤具有重要的影响。若封严涂层的金属相熔点较低、热扩散率较大如铝基封严涂层,则配副使用时涂层易先于叶片发生软化,因而叶片磨损轻微,甚至被涂层粘附所代替。若封严涂层的金属相熔点较高、热扩散率较低如镍基封严涂层,则叶片易先于涂层发生软化,因而叶片损伤严重。     

铸钢车轮的铸造工艺设计与生产

对车轮铸钢件的结构及铸造工艺性进行综合分析,针对其壁厚不均匀,易产生缩孔缩松、其砂芯阻碍收缩产生铸造应力易产生裂纹的现象,通过采用浇道通保温冒口及加覆盖剂、制作炮弹形砂芯、倾斜浇注加强补缩等工艺措施,有效地防止了裂纹和缩松的产生,生产出了合格铸件,为类似铸件的生产积累了经验.     

充型过程中陶瓷型芯结构分析的数值模拟研究

涡轮叶片熔模铸造的过程中陶瓷型芯的工作状态十分复杂,在高温金属液压力作用下,陶瓷型芯有可能会产生变形善至断裂.在等温条件下,应用Fluent和ANSYS软件,通过流固耦合的方式对不同充型过程下型芯进行结构分析.计算结果表明,充型快慢对陶瓷型芯在充型过程中受到的正应力、最大剪切力、等效应力有很大的影响,同时可以更直观的展现型芯的工作状态,从而更好的指导制定实际生产工艺.     

F3000曲轴箱裂纹形成原因及其解决措施

介绍了F3000曲轴箱的浇注方式及造型、制芯和熔炼工艺,检测了曲轴箱圆角处的残余应力分布情况,分析了曲轴箱裂纹的形成原因,提出了改变芯砂清理方式、控制开箱时间和增大铸件开裂位置的过渡圆角和壁厚,以消除铸件应力,减少或避免裂纹.经生产验证,加工后的F3000曲轴箱圆角处未见裂纹,取得了显著的效果.     

K488合金大尺寸涡轮叶片精铸工艺研究

大尺寸涡轮叶片是重型燃气轮机的关键核心部件,采用铸造高温合金K488无余量精密铸造而成,该叶片结构复杂,叶身尺寸大,壁厚薄,尺寸精度高,冶金技术标准要求严格,铸造工艺难度很大。设计采用了蜡模二次成型、反变形技术、顶注一侧注复合浇注系统的优化,解决了铸造过程中产生的疏松、裂纹、变形等缺陷,研制出了合格的大尺寸涡轮叶片。     

Prediction of Hot Tear Formation in Vertical DC Casting of Aluminum Billets Using a Granular Approach

A coupled hydromechanical granular model aimed at predicting hot tear formation and stress–strain behavior in metallic alloys during solidification is applied to the semicontinuous direct chill casting of aluminum alloy round billets. This granular model consists of four separate three-dimensional (3D) modules: (I) a solidification module that is used for generating the solid–liquid geometry at a given solid fraction, (II) a fluid flow module that is used to calculate the solidification shrinkage and deformation-induced pressure drop within the intergranular liquid, (III) a semisolid deformation module that is based on a combined finite element/discrete element method and simulates the rheological behavior of the granular structure, and (IV) a failure module that simulates crack initiation and propagation. To investigate hot tearing, the granular model has been applied to a representative volume within the direct chill cast billet that is located at the bottom of the liquid sump, and it reveals that semisolid deformations imposed on the mushy zone open the liquid channels due to localization of the deformation at grains boundaries. At a low casting speed, only individual pores are able to form in the widest channels because liquid feeding remains efficient. However, as the casting speed increases, the flow of liquid required to compensate for solidification shrinkage also increases and as a result the pores propagate and coalesce to form a centerline crack.     

发动机Ⅰ级涡轮叶片裂纹分析

发动机在进行试车时发现Ⅰ级涡轮叶片在进气边出现裂纹。涡轮叶片材质为K465铸造高温合金,截至裂纹发现时,发动机累计工作时间为145 h。通过外观观察、断口观察、金相检查和温度热模拟试验等手段,分析了叶片裂纹的性质和原因。结果表明:Ⅰ级涡轮叶片裂纹性质为疲劳裂纹;叶片出现裂纹的原因是榫头型芯未脱除干净,榫头冷却通道堵塞,叶片超温造成组织和性能弱化,导致叶片在高温区萌生裂纹,提前失效;根据热模拟试验结果可以判断,叶片裂纹处承受温度在1 260℃以上。     

复杂结构空心高压涡轮导向叶片精密铸造工艺

对双联复杂结构空心高压涡轮叶片的精密铸造工艺进行了研究。结果表明,采用硅基陶瓷型芯为主芯并组合石英管,使制备空心叶片铸造用陶瓷型芯工艺过程明显简单化,提高了陶瓷型芯的成品率。采用该型芯成功制备了合格的双联空心高压涡轮叶片。