烧结温度对3D打印硅基陶瓷型芯表面形貌及粗糙度的影响

单晶高温合金空心叶片是航空发动机的重要部件, 其内腔结构是采用陶瓷型芯制备的。随着航空发动机推重比提高, 型芯结构越来越复杂, 传统制备工艺受限, 光固化3D打印陶瓷型芯技术为复杂结构型芯的制备提供了一种可行方案。为了改善光固化3D打印陶瓷型芯因台阶效应导致的表面粗糙度较大的问题, 本研究利用固含量体积分数63%的硅基型芯浆料进行光固化3D打印型芯, 并在1100~1300 ℃对型芯素坯进行烧结, 对烧成的硅基陶瓷型芯的微观结构、元素分布、相组成、型芯打印面和打印堆积方向的表面形貌和粗糙度进行分析。研究发现型芯打印面平整, 无明显表面缺陷, 1100、1200和1300 ℃烧结型芯的打印面粗糙度分别为1.83、1.24和1.44 μm; 片层堆积方向的表面有片层结构特征, 片层间出现微裂纹, 1200 ℃以上烧结的型芯表面粗糙度达到空心叶片使用要求(R_a≤2.0 μm)。结果表明不同烧结温度会改变型芯烧结过程中的液相含量、莫来石生成量、莫来石生成形态和颗粒间玻璃相的分布, 从而对光固化3D打印硅基陶瓷型芯的表面粗糙度产生明显影响。光固化3D打印陶瓷型芯技术结合烧结工艺能制备出满足先进空心叶片用硅基陶瓷型芯表面要求的粗糙度。     

数值模拟在单晶高温合金熔模铸造中的应用

由于单晶高温合金消除了晶界这一高温薄弱结构,已成为航空发动机首选的热端部件材料。为了满足航空发动机对推重比和涡轮燃气温度的更高需求,新型单晶高温合金中添加了越来越多的Re、Ru等难熔元素,致使单晶制备过程中缺陷形成倾向显著提高,研制周期和研制成本明显增加,严重限制了单晶高温合金的产业化应用。近年来,随着计算方法和熔模铸造技术的发展,数值模拟在单晶高温合金制备领域中得到了越来越广泛的应用,已成为减少单晶铸造缺陷,获得高质量单晶铸件的重要手段。以商用铸造模拟软件Procast为例,对单晶高温合金定向凝固过程的温度场分布和组织演化进行了分析,综述了数值模拟在单晶熔模铸造研究中的应用现状。首先,介绍了数值模拟中的前处理过程,即几何建模、网格划分等,强调了前处理过程的注意事项。随后,根据已有文献,分析了数值模拟技术在研究温度场和晶粒组织演化过程的作用。最后,指出数值模拟技术在单晶高温合金熔模铸造领域进一步发展需要解决的问题。     

高温合金薄壁件铸造工艺优化设计北大核心

高温合金缘板铸件曲面形状复杂，壁厚不均匀，易产生缩孔、显微疏松、气孔等铸造缺陷。本文针对高温合金缘板铸件在研制时遇到的主要问题，采用华铸CAE铸造分析软件对顶注和侧注两种工艺进行模拟，发现采用侧注充型工艺可有效防止铸件的显微疏松、气孔、冷隔、浇不足等缺陷。并对模拟优化后的工艺进行了验证，结果表明，采用侧注充型方案实现了缘板薄壁结构件的充型完整性和内部无超标冶金缺陷。