增材制造HX合金喷嘴微观组织及缺陷控制研究

为深入评估增材制造技术在燃气轮机高温部件上实际应用的可行性,对增材制造燃气轮机喷嘴材料的微观组织与缺陷状况进行了研究。研究中采取了典型的金属增材制造技术——选区激光熔化法,使用两种不同粒径规格的粉末,制备了燃气轮机燃烧室喷嘴用镍基高温合金Hastelloy-X(HX)试样及喷嘴样件,分析了沉积态和热等静压态试样的微观组织特征,初步评估了热等静压处理的应用效果,并验证了实际零件打印的可行性。结果显示:沉积态试样的微观组织具有明显的熔池边界、柱状晶以及树枝晶等组织特征,同时其内部存在着微裂纹、气孔、未熔粉等冶金缺陷。通过适当提高能量输入、降低粉末粒径,能够显著减少上述缺陷,提高沉积态试样的相对致密度。此外,热等静压处理工艺能够有效消除熔池界与树枝晶等亚结构,闭合气孔与微裂纹,进一步提高相对致密度,改善沉积态材料塑性。试验结果表明:热等静压后试样室温拉伸性能能够达到Hastelloy-X合金锻件水平。最终使用优化后的工艺和粉末粒径(10～45μm),成功制备了燃烧器喷嘴样件。     

一种第三代镍基单晶高温合金铸件截面突变处的杂晶形成过程

以一种第三代镍基单晶高温合金模型叶片为研究对象,采用ProCASTCAFE数值模拟方法并结合HRS定向凝固实验,考察了不同抽拉速率与突变截面尺寸时,铸件截面突变处的温度场分布以及晶粒组织演化过程,分析了抽拉速率与突变截面尺寸对杂晶形成的影响规律。结果表明,增大抽拉速率与突变截面尺寸会显著改变凝固界面处的温度场分布,造成了突变截面边缘局部过冷区的形成,使得杂晶在该处形核长大。随着抽拉速率和突变截面尺寸的增大,杂晶数量增多且尺寸增大。