液态金属冷却法在高温合金定向凝固中的应用

简述了国内外对单晶涡轮叶片和大尺寸燃气轮机叶片的需求,介绍了国内外液态金属冷却法定向凝固的发展及现状、冷却用液态金属的选择以及凝固参数控制,对液态金属冷却定向凝固中的传热过程进行了分析,论述了液态金属冷却定向凝固在铸件组织控制、性能优化、缺陷消除等方面的优势,展望了液态金属冷却法定向凝固的发展方向.     

液态金属喷淋冷却定向凝固设备的研制

高温度梯度是控制高温合金定向凝固组织的重要参数。为了获得高的温度梯度,基于液态金属喷淋冷却定向凝固技术,设计并建造了一套通过喷淋液态锡使高温合金定向凝固的设备。热流分析发现,液态金属喷淋冷却定向凝固技术的热流密度比传统的高速凝固技术提高了47%。采用DZ22高温合金进行了喷淋液态锡使之定向凝固的试验。结果表明：在液态锡喷淋冷却条件下定向凝固的?15 mm DZ22高温合金试样枝晶组织细小,三次枝晶发达,这是液态锡喷淋冷却提高了温度梯度所致。     

RE对高铬铸铁定向凝固组织和力学性能的影响

采用液态金属冷却的高温度梯度定向凝固设备,研究了RE对高铬铸铁定向凝固组织和力学性能的影响.研究表明,稀土主要位于高铬铸铁的基体组织中,随凝固速度的增加,稀土在基体中的含量增加;稀土对高铬铸铁定向凝固组织中的碳化物具有细化作用,并随凝固速度的增加,定向凝固高铬铸铁组织细化程度提高,同时稀土的加入使高铬铸铁的抗拉强度明显提高.     

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.     

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。     

液态金属冷却法定向凝固试验的热分析

以低熔点液态金属作为定向凝固的冷却剂是一种先进的工艺。本文以DZ—17高温合金为例,介绍该工艺的试验方案及热分析方法,测定并计算了界面位置,热梯度,生长速度,冷却速度,糊状区高度等工艺参数,并与功率降低法(PD)及高速凝固法(HRS)作了初步比较,粗浅地讨论了这些参数与二次枝晶间距及组织结构之间的关系。     

液态金属冷却法制备单晶铸件凝固过程的实验与模拟

利用高温度梯度定向凝固技术--液态金属冷却LMC(liquid metal cooling)技术制备了单晶铸件,采用ProCAST 限元模拟软件包计算了LMC定向凝固工艺下,不同抽拉速度单晶高温合金铸件定向凝固过程的温度场,预测了拉速对单晶生长缺陷的影响.结果表明,模拟结果与实验结果吻合良好,计算的温度曲线在1100℃以上与实测温度曲线相比误差小于5%;随着抽拉速度的增加,凝固界面下凹,曲率增加,铸件缘板处出现杂晶的倾向增大.     

高温合金涡轮叶片定向凝固过程数值模拟研究进展

高温合金涡轮叶片被广泛应用于航空发动机与燃气轮机,数值模拟技术能优化和改进涡轮叶片定向凝固工艺,提高成品率。本文总结了国内外高温合金涡轮叶片定向凝固过程宏、微观数值模拟模型,介绍了其发展趋势。对高速凝固(HRS)和液态金属冷却(LMC) 2种工艺下高温合金叶片宏观温度场、介观晶粒组织与微观枝晶组织做了模拟仿真,对比分析了2种定向凝固工艺下的传热过程和微观组织演化规律。介绍了变抽拉速率工艺在高温合金定向凝固中的应用,以实际叶片作为算例,对比了常抽拉速率与优化的变抽拉速率对涡轮叶片温度场、晶粒组织的影响。结果表明,优化的变抽拉速率工艺能够改变上凸或者下凹的糊状区形状,得到平直的糊状区与平行的晶粒组织,有利于提升叶片高温力学性能。     

连续定向凝固设备的设计和制造

连续定向凝固技术是将连续铸造和定向凝固结合在一起而发展起来的技术。课题组原有一套电渣感应连续定向凝固实验装置 ,由于功率的限制 ,该装置只适合于低熔点金属的连续定向凝固 ,因此 ,需要对现有设备进行改造以适应对高熔点金属连续定向凝固的研究。本文根据连续定向凝固原理 ,在原有设备的基础上 ,对原有设备进行了改造。改造后的加热系统、牵引系统以及冷却系统能够生产出高熔点金属的连续定向凝固拉棒     

单晶高温合金杂晶形成倾向性数值模拟

采用液态金属冷却法(LMC)实现定向凝固,运用ProCAST有限元软件包计算了DD483高温合金的定向凝固过程。在试验验证获得合理模拟参数的基础上,模拟抽拉速度和平台尺寸对高温合金变截面试样定向凝固过程温度场的影响,并采用ProCAST中的元胞自动机(CA)与有限元(FE)耦合模块计算相应条件下的微观组织,探究拉速和平台尺寸对高温合金变截面试样平台区域杂晶形成的影响。结果表明,冷却曲线模拟结果与试验结果吻合良好;拉速越大,杂晶形成倾向越大;同样,平台尺寸越大,杂晶形成倾向也越大;试样平台尺寸越大,获得单晶的临界拉速越小。