高温合金空心叶片精密铸造用陶瓷型芯与型壳的研究现状

介绍了高温合金空心叶片熔模铸造用陶瓷型芯与型壳的应用背景,及其对于高温合金空心叶片精密成形的重要意义,概述了采用熔模铸造工艺制备高温合金空心叶片对陶瓷型芯与型壳各项性能的基本要求;并指明了陶瓷型芯与型壳今后的发展方向。分别叙述了陶瓷型芯与型壳基体材料的选择、制备工艺及其对性能的影响,介绍了陶瓷型芯脱除工艺的研究进展及存在的问题。另外,对于陶瓷型芯与型壳定位的精确度、性能匹配性对高温合金空心叶片质量影响进行了评述。

TC4钛合金空心叶片激光快速成形过程温度场数值模拟

建立了空心叶片激光快速成形过程温度场瞬态有限元数值模型,模拟了TC4钛合金空心叶片激光快速成形过程的温度场演变过程。结果表明:空心叶片激光快速成形温度场随熔池的移动及凝固和空心叶片逐层连续叠加沉积而动态演化。开始阶段,熔池较小,冷却速率较大(–1735℃/s左右),温度梯度较高(8.34×105℃/m左右),随着熔覆高度的增加,熔化区扩大,熔池冷却速率减小,温度梯度降低,3/4叶片高度处熔池重熔深度大于上两层熔覆层高度,熔池冷却速率为–438℃/s,熔池温度梯度为3.67×105℃/m,成形结束时,激光快速成形空心叶片温度沿Z轴方向呈梯度分布,基座内温度沿Z轴方向上升较慢,温度梯度为5×103℃/m,而从叶片根部到其顶部温度上升较快,温度梯度为2.6×104℃/m,到达叶片顶部温度为1542℃左右,表明虽然随熔覆高度的增加成形叶片表面换热作用加强,但整体散热方向没变,仍是从上至下,从熔池到基座。

空心叶片用陶瓷型芯

高效冷却空心叶片的发展对陶瓷型芯的制备技术与性能提出了更高要求。对陶瓷型芯的基体和辅助材料、陶瓷型芯的制备与性能要求、常用的陶瓷型芯及新开发的纳米复合陶瓷型芯进行了阐述。

基于光固化成型技术的空心叶片陶瓷铸型制造缺陷控制

陶瓷铸型是制造空心叶片的核心,相对于熔模铸造主流技术,基于光固化成型技术的一体化陶瓷铸型制造方法具有显著的优势:周期短、成本低、响应快,但如何控制铸型的缺陷是该方法发展的技术难题。为此,研究光固化原型台阶效应的解决方法,探讨铸型精细结构的凝胶注模复型行为,分析脱脂过程热应力对铸型质量的影响规律。结果表明:基于液态石蜡的流平性原理,可解决光固化树脂原型的台阶效应问题,显著减小原型表面粗糙度;随温度升高,覆膜RP60石蜡单层厚度减小,90℃时稳定在0.06 mm左右;当陶瓷浆料固相体积分数不大于62%时,可实现0.5 mm细小特征陶瓷铸型的凝胶注模真空无缺陷复型;通过镂空处理,脱脂陶瓷铸型无缺陷、精度较高。

基于ProCAST的大型复杂空心叶片精铸的数值模拟

重型燃气轮机的叶片尺寸厚大,形状复杂,叶身部位为空心的曲面薄壁结构,铸件极易出现缩孔、疏松缺陷。为改进其工艺方案,利用铸造模拟软件ProCAST对大型复杂空心叶片铸件铸造过程的温度场、流场及固相分数的分布情况进行了模拟,对大型复杂空心叶片的型壳预热温度进行了优化;通过采用980℃的高温型壳预热,实现了大型复杂薄壁叶片的顺利充型。模拟结果预测的缩孔、疏松形成的位置与实际浇注结果十分吻合,采取改进措施后,铸件一次浇注成功,消除了缩孔、疏松缺陷。

高温合金空心叶片用氧化铝基陶瓷型芯脱芯研究现状

介绍了氟盐脱芯法和碱溶液腐蚀脱芯法在氧化铝基陶瓷型芯脱芯技术中的应用。阐述了碱溶液腐蚀脱芯法中高压射流脱芯法、压力扰动脱芯法、高温高压脱芯法的工艺特点及研究现状,讨论了碱溶液脱芯过程中铸件表面质量的保护方法。指出高温高压超临界脱芯技术是氧化铝基陶瓷型芯脱芯技术的一大发展趋势。

高温合金空心叶片用陶瓷型芯的研究进展

由于陶瓷型芯的性能是决定叶片成品率和成品质量的关键因素之一,所以,多年以来发达国家对于陶瓷型芯的研究一直没有停止过,并且将其核心技术视为高度机密不予公开。陶瓷型芯制造技术一直是空心叶片铸造中的瓶颈,它决定了叶片的尺寸精度、合格率和铸造成本,因此,不断改进陶瓷型芯材料和制造技术十分重要。

熔模铸造空心叶片用陶瓷型芯的发展

介绍国内、国外陶瓷型芯的材料、种类、特点及制造工艺的发展 ,从型芯性能、制造设备和工艺的角度分析国内、国外的差距 。

单晶空心叶片用AC-2陶瓷型芯的组织和性能研究

利用扫描电镜技术和 X射线衍射技术研究了 AC- 2氧化铝基陶瓷型芯的微观结构和相组成 ,并测试了该型芯的室温和高温性能。结果表明 AC- 2型氧化铝基陶瓷型芯的综合性能优于 AC- 1型芯。

凝胶注模空心叶片氧化铝基陶瓷铸型的中温强度

使用聚酰亚胺和磷酸铝作为黏结剂,基于三点抗弯强度测试、热重-差热分析、X射线衍射和扫描电镜分析,研究含黏结剂标准试样的抗弯强度、热失重行为、预烧后的物相变化以及显微结构。结果表明:500℃之前,聚酰亚胺通过熔融交联对氧化铝等陶瓷颗粒产生黏结作用,坯体300℃强度由3MPa提高到5MPa以上;升温至约500℃(升温速率为30℃/h),聚酰亚胺基本烧失,对氧化铝基陶瓷铸型增强作用消失。三种磷酸铝(正磷酸铝、偏磷酸铝、磷酸二氢铝)可分别将坯体500℃的"零强度"提高至0.2,0.2MPa和0.8MPa。通过浸渍磷酸二氢铝,成功制备无断芯和偏芯缺陷的空心涡轮叶片一体式陶瓷铸型。

空心叶片陶瓷型芯性能强化的研究现状

介绍了熔模精铸陶瓷型芯在航空发动机空心叶片中的应用,阐明了空心叶片陶瓷型芯性能强化的重要意义。概述了陶瓷型芯基体材料、矿化剂和添加剂,以及焙烧温度、炉温均匀性和填料成分等焙烧工艺对陶瓷型芯性能影响的研究现状。另外,分析了强化工艺对陶瓷型芯的增强效果,并对陶瓷型芯性能的强化进行了展望。

基于流固耦合的实体元空心叶片鸟撞数值模拟

针对通用流固耦合算法在模拟实体元结构破坏上的不足,以MSC.DYTRAN软件为平台,研究了不考虑和考虑失效的实体元平板叶片流固耦合数值模拟方法。在此基础上,建立了实体元空心叶片鸟撞瞬态动力学有限元模型,计算分析了叶片在稳定旋转状态下遭受不同密度、长度、半径及速度鸟体撞击下的叶片应力的瞬态响应,计算表明:上述参数值增加均会增大叶片的应力峰值,并且对应力峰值的影响都不是线性的。最后模拟了叶片的失效过程。

实体元空心叶片鸟撞流固耦合研究及数值模拟

针对大涵道比航空发动机工作过程中常见的鸟撞问题,基于MSC.Dytran软件,研究了实体元平板鸟撞流固耦合数值模拟方法;在此基础上,建立了鸟撞实体元空心叶片转子级有限元模型,模拟了叶片遭受鸟撞发生失效的过程,并进行相应计算。结果表明:鸟体密度、叶片的屈服应力和硬化模量对叶片初始撞击应力响应峰值的影响较大,且屈服应力和硬化模量的增加分别会提高和减小恒定流动的应力峰值;鸟体体积模量对叶片应力响应的影响较小;叶片的弹性模量的增加对叶片初始撞击应力响应峰值的影响较小,但会显著提高恒定流动的应力峰值。

空心叶片残留型芯影像的射线照相对比度

从型芯影像射线照相对比度的角度分析了残芯在叶片中的可检性。通过推导的残芯影像对比度公式,分析了影像对比度的各种影响因素,并在理论上进行了计算。从试验与理论计算相比较的结果表明,通过改善梯度和散射能有效地提高型芯影像的对比度。得出型芯在叶片材料上的最小可检厚度。

某核级空心叶片自动焊装置及试验

采用机器人自动焊方法对核级空心叶片进行焊接试验,并与手工焊进行对比,分析了焊接接头的微观组织和硬度分布,优化了自动焊接工艺参数。组建自动焊智能焊接系统,设计了仿形体结构工装夹具,与多变位机工位联动搭建自动焊生产线,完成空心叶片试验件的试制,通过试验验证其生产效率较传统手工焊接提升1倍。通过焊接数值模拟分析研究了空心叶片焊接位置和分段焊方案,并与实际叶片焊接进行对比分析,结果表明,自动焊焊接变形趋势与实际焊接过程基本一致,焊缝成形良好。通过研究空心叶片自动焊系统,可以提高核电五级空心叶片焊接的经济性和可靠性,更好地满足产品质量要求,具有较大工程应用价值。

国外定向和单晶空心叶片用型芯的工艺特点

本文对国外空心叶片用陶瓷型芯发展现状作一评述，着重介绍用于定向和单晶空心叶片生产的氧化铝型芯材料和工艺特点。

高压喷水设备在空心叶片脱芯工艺中的应用

研究了内腔形状比较复杂的涡轮叶片铸件脱芯方法。结果表明 :在化学腐蚀法脱芯的基础上辅之以高压喷水设备 ,可以较有效地清除叶片内通道的残芯 ,通过试验得出了合适的工艺参数。

硅基陶瓷型芯性能对空心叶片不露芯率的影响

讨论了定向空心叶片用XD 1陶瓷型芯性能对叶片合格率的影响 ,指出在相同焙烧制度下 ,粉料粒度。

Na_2O对定向空心叶片陶瓷型芯质量的影响

讨论定向空心叶片用XD 1陶瓷型芯质量与焙烧用的Al2 O3 填料化学成分的关系 ,指出Na2

定向凝固空心叶片制壳工艺的改进

分析了在先进发动机定向凝固空心叶片熔模精密铸造生产中出现两种缺陷的性质和产生原因，从壳型制造工艺方面提出了改进措施。