K418高温合金增压器涡轮精密铸造工艺数值模拟研究

该文采用MAGMA铸造仿真软件模拟了K418高温合金增压器涡轮精密铸造工艺,研究了合金液在浇铸过程中的流体温度场、凝固过程中的液相温度场等,然后结合模拟结果试制了增压器涡轮,并对其进行了金相组织分析。结果表明:采用底浇式浇铸系统并将浇注温度设定为1550℃,可以保证合金液具备良好的充型能力;铸件的凝固顺序为:叶片边缘-叶片-叶片轴心-浇冒口-冒口中心,可以保证涡轮零件实现良好成型,并且缩松等缺陷可能出现的位置位于冒口区域;涡轮叶片组织致密,无明显缺陷,叶片位置由柱状晶和细小等轴晶组成,根部及轴心部位为排列整齐的等轴晶。所设计的浇注系统和浇铸温度等工艺合理,可作为实际生产的指导方案。

铸造工艺参数和细化剂对K4169高温合金铸态组织的影响 Ⅰ.晶粒组织及晶粒细化机理

研究了K4169高温合金在各种工艺条件下及向熔体中加入复合细化剂时的晶粒组织,结果表明,降低浇注温度和加入复合细化剂可以明显细化冷凝后基体的晶粒和提高铸件断面等轴晶的比例,在通常的浇注温度1400℃下加入复合细化剂．对合金熔体进行或不进行过热处理时．可使圆柱锭的晶粒分别细化至ASTM1.7级和ASTM 3．2级:断面等轴晶的比例分别达96%和99%以上,当浇注温度为1420℃,加入复合细化剂并对合金熔体进行过热处理时,可使圆柱锭晶粒细化至 ASTM M10．5级,断面等轴晶的比例达90%以上,提出了晶粒细化的机理并对晶粒细化后断面等轴晶比例增大的现象进行了分析。

铸造工艺参数和细化剂对K4169高温合金铸态组织的影响 II.枝晶组织及晶粒球化机理

铸造工艺参数和细化剂对K4169合金枝晶组织、元素偏析、夹杂及缩松有明显的影响,浇注温度越低,一次枝晶主轴长度和二次枝晶臂距就越小,在同一浇注温度下,化学法细晶试样的一次枝晶主轴长度较普通铸造试样的短,但二者的二次枝晶臂距没有明显差别,晶粒细化后,合金中主要元素Fe,Cr,Nb,Mo和Ti的偏析减轻,晶粒的形态由树枝晶向细晶组织中的粒状晶转变,对晶粒球化现象做了合理解释,微量细化剂的加入不会在铸件中形成夹杂,不会改变合金的相组成,在高的浇注温度下,细化剂使晶粒细化的同时,也使铸件中的缩松大大减少。

镍基铸造高温合金K52在900℃恒温氧化性能的研究

研究了镍基铸造高温合金K52在900℃和100 h下的氧化行为,并与ЧC104-Bи合金进行了比较,为K52合金的设计提供了实验基础与理论依据.结果表明,两种合金在900℃和100 h下的氧化动力学曲线均符合抛物线规律,属于完全抗氧化级.X射线衍射、扫描电镜、电子探针元素面分布和能谱分析等实验表明,K52合金和ЧC104-Bи合金的氧化膜相似,可分为三层:外层以TiO2层为主,性质疏松,空隙较多,没有形成连续氧化层;中间层为连续、致密、平直的氧化物,形成保护性氧化层,以Cr2O3为主,并含有少量尖晶石N iCr2O4及TiO2;内层以A l2O3为主,含有少量TiO2氧化物.K52合金的恒温抗氧化性能优于ЧC104-Bи合金.

铸造高温合金K480及DD407热处理中γ'相的析出行为

选取两种典型铸造高温合金DD407及K480,研究其固溶及时效过程中γ'相析出行为。结果表明,经热力学平衡相图计算获知,铸造高温合金K480及DD407合金的凝固温度范围是158、30℃,室温下γ'相体积分数分别为54%,80%;合金在凝固或固溶后的冷却过程中,γ'相形核率低,长大速率高,γ'相粒子易于长大;当其尺寸超过临界尺寸就会发生分解;两合金经过固溶后,较大尺寸的一次γ'相溶解后重新析出较小的二次γ'相;在一次时效空冷热处理后,合金在立方状的二次γ'相通道周围析出弥散细小球形三次γ'相;经过二次时效后,三次γ'相回溶、扩散直至消失,同时二次γ'相进一步长大,立方度增加。

陶瓷CBN砂轮磨削镍基铸造高温合金K418磨削力研究

系统开展了陶瓷结合剂CBN砂轮磨削K418的试验研究,测试了不同砂轮线速度、工件进给速度及切深条件下的磨削力。通过对试验数据的分析处理,得到上述3个工艺参数对磨削力、力比及磨削比能的影响规律。并拟合出了陶瓷结合剂CBN砂轮磨削基铸造高温合金K418时磨削力的经验公式,该公式估算误差低于10%。磨削力和力比均随着工件进给速度、切深和当量磨削厚度的增大而增大,随砂轮线速度的减小而增大。随着当量磨削厚度的不断增加,磨削比能呈下降趋势。

K465铸造高温合金件缺陷修复

采用钎焊-烧结修复K465铸造高温合金件的铸造缺陷和使用后产生裂纹等大面积缺陷,通过混合带、混合粉、预填粉及预先烧结法四种方法进行缺陷修复,采用光学显微镜及扫描电镜分析组织。根据实验结果推荐预填粉及预先烧结的钎焊-烧结连接工艺进行大缺陷的修复,热等静压有利于消除焊缝内的显微空隙。

镍基铸造高温合金K24的切削温度实验研究

通过实验,分析了使用YW1刀具切削K24时,切削用量对切削温度的影响。对切削温度影响最大的是切削速度,但是,随着切削速度的增加切削温度的增加量是下降的。这是因为在切削过程中,速度的增加使得副后刀面磨损加剧,切削深度减小,切削力减小,切削温度也随着相对降低。切削用量对切削温度的影响其次是进给量,影响最小的是切削深度。通过实验所得的切削用量与切削温度的经验公式,将这3个公式合并可得到切削用量对切削温度的总的经验公式。

K417铸造镍基高温合金热机械疲劳行为的研究

研究了 Ｋ４１７合金在 ４００－８５０℃同相（ＩＰ）和反相（ＯＰ）的热机械疲劳（ＴＭＦ）行为，并且与 ８５０℃等温疲劳（ＩＦ）性能进行了比较．结果发现： Ｋ４１７合金 ＩＦ和 ＴＭＦ都具有循环硬化特征， ＩＦ的循环硬化能力比 ＴＭＦ的要高．与等温疲劳寿命相比较，在相同机械应变幅下， ＴＭＦ的寿命降低，而且同相（ＩＰ）的寿命比反相（ＯＰ）的寿命更低 ＳＥＭ断口及断裂纵向剖面检查发现，同相ＴＭＦ的沿晶开裂是导致其疲劳寿命比反相ＴＭＦ低的主要原因．

基于ProCast的K4169高温合金铸件离心铸造工艺数值模拟

利用ProCast数值模拟软件对K4169高温合金铸件立式离心铸造过程中金属熔体的充型过程和凝固过程进行了模拟研究,分析了离心转速对离心铸造充型过程的影响。结果表明,在离心铸造中,离心转速的选取要适中,转速越大,铸件的充填效果并不是越好;根据铸件缺陷的分析结果,对铸件采用顶注式浇注,铸件缩孔缩松缺陷都集中于顶部冒口和侧壁的暗包。

热等静压后炉冷对K488合金显微组织和力学性能的影响

采用热等静压及不同的热处理工艺对铸造高温合金K488进行了处理,研究了不同工艺方法对合金微观组织、高温拉伸性能和持久性能的影响。结果表明:与铸态合金相比较,经过1180℃/150MPa/4h热等静压并炉冷后,枝晶干区γ'相形态不规则,数量减少,枝晶间区γ-γ'共晶体仍然存在,900℃拉伸和持久性能降低。热等静压试样再经过标准热处理(1170℃/4.5h固溶+1050℃/4.5h时效+850℃/16 h时效)后,枝晶杆区γ'相的形态从不规则形态恢复到近立方状,分布也变得更均匀,枝晶间区γ/γ'共晶体完全消失,使900℃拉伸和持久性能得到提高并超过铸态合金的。不同工艺状态中,标准热处理试样的枝晶杆区γ'相尺寸最细、分布最均匀,力学性能最高。

微晶铸造对K4169合金组织及持久性能的影响

分别采用普通铸造、细晶铸造和微晶铸造工艺制得了晶粒度为ASTM M9~M7级、ASTM M14~M9级和ASTM 3~5级的K4169合金试样,研究了微晶铸造对K4169合金组织及持久性能的影响。研究结果表明,微晶铸造工艺可显著细化晶粒,降低凝固偏析,减少Laves相和大块MC碳化物,增加γ″相体积分数;使合金704℃/448 MPa条件下的持久性能相比于普通铸造和细晶铸造合金分别提高了621%和44%,达到614.9 h;断裂模式从普通铸造K4169的脆性穿晶断裂转变为微晶铸造K4169的韧性沿晶穿晶混合型断裂。微晶铸造工艺引起的晶粒细化和γ″相体积分数的提高,有效强化了K4169合金,而大块MC碳化物及Laves相的减少,减少了潜在的裂纹萌生、扩展位置,二者共同作用提高了K4169合金的持久寿命,并降低了性能数据分散性。微晶铸造工艺可获得良好的综合力学性能,提升K4169合金机匣、壳体、扩压器等整体结构件在700℃以下的服役性能,有良好的应用前景。

K002铸造高温合金叶片取样位置对高温持久性能的影响

通过对K002铸造高温合金叶片高温持久试样的取样位置与叶片原来和现在两种不同的组合方式测得的高温持久性能数据和显微组织差异进行对比分析,发现现在的组合方式测得的高温持久性能更能代表实际叶片的性能。因为现组合方式的高温持久试样不易产生明显的组织疏松等铸造缺陷,试验结果均能达到规范要求,且有较大富余量,较好地解决了由于试样的铸造缺陷导致的高温持久试验结果不合格的问题。

铸造镍基高温合金K35的高温力学和高温氧化行为

研究了某燃气轮机动力涡轮叶片材料K35合金的高温拉伸、蠕变和持久以及氧化动力学行为.结果表明,在室温至950℃的温度范围内,K35合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率等瞬时拉伸性能与IN738合金相当,但K35合金的成本远低于后者.K35合金的高温蠕变曲线表现为较短的减速阶段和加速阶段以及非常长的稳态阶段.在900℃、150～200MPa条件下的表观应力指数值是13,说明K35合金具有较高的蠕变抗力.TEM观察表明,K35合金的蠕变变形机制受控于位错通过球形γ'相的Orowan绕越过程.SEM观察表明:K35合金的蠕变断裂是一个沿晶破坏过程,蠕变断裂特性服从Monkman-Grant规律.在同一温度下,K35合金的高温比强度与IN738合金相当.K35合金800℃的高温氧化动力学曲线服从抛物线规律,属于完全抗氧化级.K35合金的表面氧化膜以Cr2O3为主,也含有少量的NiCr2O4尖晶石和TiO/TiO2相.K35合金在高温氧化期间发生沿晶界或枝晶间的内氧化行为.氧化层分为3部分,分别是疏松的氧化外层,致密的氧化内层和内氧化层.

K423A铸造高温合金的固溶处理

研究了固溶处理,特别是固溶处理时的冷却速度对K423A合金组织和性能的影响.固溶处理温度为1 190℃,冷却速度分别为4℃/min,10℃/min,20℃/min,40℃/min、76℃/min和空冷.结果表明,采用固溶处理工艺可基本消除该合金的枝晶凝固偏析,使γ颗粒析出均匀,从而改善塑韧性.随着固溶处理冷却速度的提高,γ颗粒得到细化.

K465铸造高温合金材料铣削加工技术

K465材料是一种合金化程度高、具有高热强性的镍基铸造高温合金,可在1000℃~1050℃高温状态长时间工作,能满足航空航天领域对材料承温能力的要求。目前对K465材料的铸造工艺和热处理工艺的研究较多,而对其切削加工性能的研究较少。针对K465铸造高温合金材料,探讨了其切削加工性能,进行了刀具匹配性选择,通过铣削试验研究了铣削参数对刀具寿命的影响规律,总结优化了铣削参数和切削加工路径,为K465铸造高温合金材料的高效高质加工提供了理论基础。

浇注温度对K4169高温合金晶粒组织影响的计算机模拟

利用Fortran语言编程,采用有限差分法分别解用热焓法处理结晶潜热的圆柱坐标系一维不稳定热传导方程,模拟了K4169高温合金圆柱锭某一横截面凝固过程中温度的变化,它正确地反映了在不同铸造工艺条件下合金铸件横截面上温度的变化规律。通过固相分数,将合金铸件凝固温度场模拟及其连续形核模型、枝晶尖端生长的动力学模型相耦合,计算了不同浇注温度下K4169高温合金圆柱锭凝固过程中晶粒组织的特征值,包括晶粒密度和平均晶粒尺寸,并参考二维CellularAutomaton方法,实现了在计算机屏幕上晶粒形成的动态显示,模拟结果和实验结果吻合较好。

K465铸造高温合金真空钎焊性能研究

K465是镍基沉淀硬化型等轴晶铸造高温合金,对应俄牌号为ЖС6У。为研究其真空钎焊后的组织结构性能,在HZHL-330型真空钎焊炉中,采用粘结剂Cement520胶、钎料B-Ni55NbCoWCrAlSiMoTi(C)-S进行真空钎焊试验。在1220±5℃的条件下保温30 min,得到外观平滑过渡、微观组织晶粒致密的冶金结构,经测试其抗拉强度为870~935 MPa,焊缝钎料区硬度为625~688 HV,焊缝熔合区硬度为436~541 HV,焊后基体硬度为405~451 HV。

Ti预处理的SiC_(f)/SiC与镍基高温合金复合铸件的界面组织与强度

由SiC_(f)/SiC复合材料与K403镍基高温合金熔体制备的一体化铸件,冷却到室温时会出现自行断裂。通过采用Ti粉埋覆包渗工艺在1100℃下对SiC_(f)/SiC表面进行预处理,并在适当工艺下与K403镍基高温合金熔体进行陶瓷型精密铸造,成功实现SiC_(f)/SiC与K403镍基高温合金的一体化成形和界面的牢固结合。结果表明:Ti预处理层平均厚度为17μm左右,Ti向SiC_(f)/SiC渗透、扩散和反应,形成含TiC,Ti3SiC2,Ti5Si3Cx,SiC相的显微组织;经过与高温镍基金属液复合铸造后,预处理层演变成厚约120μm的界面反应层,其典型界面组织为Ni2Si+C+Al4C3+MC(M主要含Ti及少量的Cr,Mo,W)。预处理层的存在减轻Ni与SiC的有害石墨化反应,缓解高温金属液对SiC_(f)/SiC的热冲击,形成的界面反应层降低热膨胀系数失配造成的热应力,使得SiC_(f)/SiC与K403一体化铸件结合界面的室温剪切强度达到63.5 MPa。

细晶铸造K403合金热处理工艺的研究

研究了固溶处理温度对细晶铸造 K40 3合金的组织和性能的影响 ,最终确定热等静压后合适的热处理制度为 :1180 + 1 0℃ /4 h+980℃ /6