基于数值模拟的薄壁机匣铸造工艺设计与优化

根据某大型复杂环形薄壁机匣铸件的结构特征及工艺性分析,设计了特征件铸造工艺,并利用有限元分析软件对铸件充型凝固过程进行了数值模拟。根据数值模拟结果,预测了可能产生缺陷的部位,并对浇注和补缩系统进行了改进。最后通过特征件工艺试验,验证了数值模拟结果的准确性和改进方案的可行性。

坩埚对高温合金中氧氮及氢分析结果的影响

应用4台仪器考察坩埚对高温合金中氧、氮及氢分析的影响,首先从空白实验开始,进口和国产石墨坩埚氧空白稳定在0.0Xμg/g,氮空白稳定在0.Xμg/g,可以满足高温合金中氧和氮的分析需求。国产石墨坩埚达到国际同类坩埚水平,可以满足实验针对坩埚应用研究的基本要求。实验表明:石墨套坩埚氧空白值最低,石墨套坩埚与单坩埚氮空白值相同,石英坩埚氢空白值最低。借助于钢中氧氮氢联测标样(502-863),比较石墨套坩埚和单坩埚在3台仪器上氧氮分析的差异,结果显示:用同一条内置标线进行计算,套坩埚对氧和氮分析结果比单坩埚低;按套坩埚和单坩埚自行建立的两条对应标线进行计算,两种坩埚对氧和氮分析结果基本一致。而对氢的分析检测,石墨单坩埚数据严重偏离而被禁用,套坩埚可以应用于较高含量氢(不小于0.6μg/g),钢标样中超低氢分析仅石英坩埚数据最佳。应用现有标钢已建立的标线和方法,3种坩埚、4台仪器实测高温合金样品中氧氮及氢含量,每组45点以上数据显示:高温合金实际样品中氧含量数据最分散,氮的测定值相对集中,不同坩埚之间氢的分析结果差别非常大。自带的高温合金内控样分析数据显示:石墨单坩埚氧氮测定值略高于套坩埚氧氮测定值,而3仪器间的差别很小。对高温合金中氢进行测定时,石墨坩埚与样品相互作用产生干扰,比石英坩埚数值虚高,特别是石墨单坩埚产生的干扰比石墨套坩埚更大,不建议使用。石英坩埚成为高温合金中超低氢分析的最佳选择。由于坩埚损坏和鼓泡导致的异常数据可以通过观察用后坩埚及时发现和剔除,不失为降低坩埚不良影响的有效手段之一。

DD499单晶合金拉伸性能薄壁效应

本文系统研究了壁厚对拉伸曲线形态、拉伸强度以及断裂特性的影响。在所测试温度范围内,壁厚对拉伸曲线形态、拉伸强度和断裂特性都有明显的影响;相对而言,760℃拉伸性能薄壁效应更加明显,但壁厚和拉伸塑性间没有明显的函数关系。在760℃标准试样断口表面存在多个滑移系同时启动产生的波纹状滑移特征;而不同壁厚试样尽管也表现出滑移开裂特征,但滑移系单一。在900℃标准试样断口表面存在大量等轴韧窝,表现出延性断裂的特征;而不同壁厚试样的断口表现出混合断裂特征。

DD499单晶合金持久性能薄壁效应

研究了试样壁厚对DD499单晶高温合金持久性能及其断裂特性的影响。在760℃/790MPa和1040℃/165MPa条件下,壁厚为0.8 mm和1.2 mm试样的持久寿命明显低于标准试样,表现出显著的薄壁效应,壁厚和持久塑性间没有明显的函数关系。在760℃/790 MPa条件下,0.8 mm厚度的试样主要以滑移开裂为主,随着壁厚的增加,解理断裂转向混合断裂,延性断裂因素增加。1 040℃/165 MPa条件,断裂特性相似,但壁厚为0.8 mm和1.2 mm试样断口表面存在着较厚的氧化层,其有效截面显著减少。

精炼及浇注温度对K417G镍基高温合金组织及持久性能的影响

采用不同精炼及浇注温度制备K417G镍基高温合金,通过对合金的组织形貌进行观察分析,以及测试合金在760℃/645 MPa下的持久性能,研究了精炼温度、浇注温度等铸造工艺参数对K417G镍基高温合金组织及持久性能的影响。结果表明,提高精炼温度可降低铸态合金组织中的碳化物尺寸,并使碳化物分布更加均匀;降低浇注温度可降低合金的晶粒尺寸、枝晶间距以及碳化物尺寸,并使合金的共晶组织由γ'共晶转变为(γ+γ')共晶。合金在760℃/645 MPa拉伸持久期间的主要断裂机制为裂纹在枝晶间区域内的MC碳化物处萌生,并沿正应力方向扩展,导致合金发生持久断裂。其中,采用1500℃精炼,1450℃浇注的合金中碳化物尺寸较小且弥散分布是其具有较高持久寿命的主要原因。

工艺参数对大尺寸K465镍基母合金锭中心缩孔的影响

分析了大尺寸K465镍基母合金锭产生中心缩孔的原因,通过设计正交试验,采用ProCAST软件对浇注温度、浇注速率、模具温度等工艺参数对铸锭缩孔的影响程度进行了模拟计算,研究了大尺寸K465镍基高温合金母合金锭中心缩孔的影响因素。结果表明,合金锭由外至内的晶粒分布为细小等轴晶、横向柱状晶、粗大等轴晶,当横向凝固速率过快时容易导致枝晶搭桥,阻碍上部液相向下补缩,是产生中心缩孔的主要原因。通过数值模拟计算发现,中心缩孔主要受浇注温度影响较大,对浇注速率的敏感性较小。最优浇注工艺如下:浇注温度为1420℃、浇注时间为20 s、模具温度为700℃,可大幅降低合金锭的中心缩孔尺寸。

浇注温度对K465合金组织与力学性能的影响

研究了浇注温度对K465镍基高温合金组织、力学性能和持久性能的影响。结果表明,在1420~1520℃内,随着浇注温度提高,合金的晶粒尺寸发生粗化,组织中的碳化物形貌和分布未发生明显改变,且碳化物中W元素逐渐增加,γ′相长大。经过1210℃×4 h热处理后,组织中的γ′相形状由铸态的不规则形状转变为立方体,并且尺寸明显细化,且不同浇注温度的合金热处理态组织中的γ′相尺寸和形貌基本一致。随着浇注温度提高,合金的强度有下降的趋势,塑性有所提高,持久性能有所改善。合金持久断裂后裂纹的萌生和扩展主要发生在组织中晶界附近。另外,讨论了浇注温度的变化对合金力学性能变化的影响机制。

长期时效对高钨镍基高温合金碳化物演变的影响

采用SEM、TEM和EPMA等分析方法对高钨镍基高温合金在1000℃长期时效期间的碳化物演变行为进行了研究。结果表明,随着长期时效进行,合金中初生的MC型碳化物可分解为M_(6)C型碳化物,且数量随时效时间延长而增加。当时效时间为500 h时,颗粒状M_(6)C型碳化物转变为块状,并在时效1000 h后逐渐转变为短棒状。时效1500 h后,合金中的M_(6)C型碳化物主要呈针状。