基于燃机叶片精铸温度场的控制方法研究

通过埋放热电偶测量了型壳冷却过程的温度曲线,验证了数值计算在温度场计算方面的有效性。采用铸造模拟软件PROCAST计算了精铸过程铸件的一维温度场,重点分析了不同工艺参数对温度梯度和凝固时间的影响。结果表明,铸件温度梯度及凝固时间严格与铸件/铸型间的热流密度相关,其中,温度梯度与瞬态热流密度相关,凝固时间与铸件冷却全过程中的等效热流密度相关;铸件模数、铸型边界换热系数对热流密度的影响最大,优先调控此参数可最大程度改变温度梯度和凝固时间;同时,分析了存在缩松缺陷的燃机叶片温度场特点,并根据文中研究结果优化了工艺方案,验证了温度场建立方法的可行性。

某重型燃机透平叶片异常组织形成机理研究

采用数值模拟计算方法并结合实验研究了MAR-M247镍基高温合金高温透平叶片异常组织形成机理。结果表明:异常组织是由宏观偏析导致;形成封闭孤岛,无液体对流交换,冷却速率慢是形成宏观偏析的充分条件;形成封闭式温度梯度,且温度梯度变化大,凝固方式发生改变是形成宏观偏析的必要条件。通过优化浇注系统消除了宏观偏析。

燃气轮机叶片热裂缺陷的应力形成及演化研究

为揭示精铸过程中应力对热裂缺陷的影响,选取某重型燃气轮机透平导向叶片作为研究对象,采用熔模精密铸造工艺成型该叶片。通过观测叶片热裂的宏观和微观形貌,结合数值模拟软件Procast计算叶片不同位置凝固过程的应力,研究了应力的形成及演化过程,对比了铸件变形的数值计算结果与实测值。结果表明:数值计算结果与实测值吻合较好;热裂的形成与应力演化息息相关,但应力不是裂纹产生的唯一条件;型壳对叶片应力的影响较复杂,需判定型壳的位移大小与铸件收缩量是否一致;通过控制或降低叶片的应力可有效消除热裂缺陷。

基于悬臂结构型芯的燃机叶片铸造过程位移、壁厚演化研究

以某具有悬臂蛇形蜿蜒状冷却通道的燃机叶片作为研究对象,通过精密铸造成型方法制备叶片毛坯,并采用Olympus壁厚测量仪获取壁厚点数据,同时结合数值计算软件PROCAST模拟型壳预热过程及充型凝固过程,研究并阐述了型壳/型芯的位移变化及叶片壁厚演化过程。结果表明:叶片壁厚超差的根本原因是型壳预热阶段悬臂型芯发生了张开变形,其与型壳的位置匹配确定了初始壁厚的形成,并影响至后续浇注过程;充型凝固过程因持续时间短,对最终壁厚的形成无显著影响;合金的固态收缩阶段对叶片的轮廓尺寸影响很大。

Mar M247合金透平叶片异常组织分析及原因讨论

以Mar M247合金实心叶片为研究对象,采用光学显微镜和电子显微镜对热节部位的异常组织进行检测分析,确认了异常组织的形貌特征、位置分布及产生原因。结合数值模拟改进浇注系统,增加底注内浇口,给异常组织部位提供充足的补缩,保持补缩通道通畅,并使用型壳减薄或者其他增强冷却的工艺措施。结果表明,异常组织部位冷却稍快的工艺,异常组织区域有变小趋势,排除了热等压压合疏松或缩孔产生的异常组织,异常组织的产生主要是由于凝固后期合金液凝固缓慢及补缩通道阻塞,发生严重的凝固偏析,通过合理的浇注系统设计和冷却措施可以减弱或者消除这种偏析。

重燃叶片浇不足缺陷数值模拟及形成机理研究

采用ProCAST软件研究了某重型燃机叶片充型过程中液态金属的速度场、温度场分布,阐述了浇不足缺陷的形成机理及各工艺参数的影响行为。研究表明,浇不足缺陷产生于节点开始充型至局部液态金属停止流动阶段,其本质在于该阶段液态金属热量损失过大;而根本原因是由于液态金属的充型顺序、充型轨迹及热交换影响了温度分布。此外,研究还发现,提高浇注温度可以改善浇不足缺陷;提高浇注速率可改变充型顺序及路径,但不一定会改善热交换状态及浇不足缺陷。通过浇注系统优化设计、合理控制浇注参数,可以从根本上控制液态金属的充型顺序、充型路径及热交换,从而有效地避免浇不足缺陷的产生。

重型燃机大尺寸叶片定向凝固组织模拟

采用CAFE模型对某重型燃机大尺寸动叶片定向凝固组织进行了数值模拟。结果表明,叶根朝下组模时,柱状晶尺寸细小,偏离度和发散度较小,叶根晶粒尺寸细小,叶顶晶粒尺寸粗大;叶顶朝下组模时,柱状晶粗大,偏离度和发散度较大,叶顶晶粒细小,叶根晶粒粗大。抽拉速率对柱状晶组织的影响与组模方式相关性不大,抽拉速率越大,柱状晶尺寸越小,偏离度和发散度越小。试生产发现,数值模拟结果和试验结果符合较好。

Monodisperse silver microspheres: A facile BSA template method

The spherical silver mirco/nano-particles with narrow size distributions were obtained by chemical reduction of silver ammonia solution with ascorbic acid as reducing agent and bovine serum albumin (BSA) as bio-template. The effects of the concentration of Ag+ ions, BSA and ammonia, reactive temperature on the silver morphology and particle sizes were investigated. SEM, TEM and XRD were employed to characterize the morphology and structures of the prepared silver mirco/nano-particles. The results show that the spherical silver particle with smooth surface and narrow size distributions can be obtained by controlling the concentration of Ag+ ions, BSA, reaction temperature, etc. By controlling the above parameters, the silver spherical mirco/nano-particles with particle sizes ranging from 0.2 to 2.3 m can be well prepared, which is expected to be used in manufacturing high performance electronic pastes.