支架类铸件熔模铸造工艺研究

介绍了支架类铸件熔模铸造的工艺路线及主要工艺方案。通过合理制定铸件的制模、浇注系统组合、制壳、浇注等工艺方案,解决了铸件在生产过程中出现的疏松、冷隔、变形等铸造缺陷。改进后的工艺不但提升了产品质量,而且可为同类铸件的熔模铸造工艺提供参考。

再结晶层厚度对DD6单晶高温合金持久性能的影响

对铸态和固溶态的DD6单晶高温合金进行强度为0．4MPa的15s和30s的表面吹砂，然后分别进行不同热处理，得到不同厚度的再结晶层，研究再结晶层厚度对DD6单晶合金持久性能的影响。结果表明：在1230℃以下均产生胞状再结晶、1280℃以上均产生等轴状再结晶。铸态吹砂，然后标准热处理获得40~60μm的等轴状再结晶层，固溶态吹砂并时效处理后获得15～25μm的胞状再结晶层，两种状态试样的再结晶层厚度均随着吹砂时间增加而增大。在三种持久条件下，合金的持久寿命均随再结晶层的增加而降低，即不吹砂试样〉固溶态吹砂15s〉固溶吹砂30s〉铸态吹砂15s〉铸态吹砂30s。

去应力退火对DZ125合金再结晶行为的影响

为了获得具有优异高温力学性能的定向凝固高温合金,减少定向凝固叶片在生产过程中产生再结晶的现象,对经过喷丸后的DZ125合金进行了去应力退火处理,随后对其进行了不同温度下的热处理.利用扫描电子显微镜观察了DZ125合金的微观组织.结果表明,当表征喷丸强度的Almen值为0.25 mm时,依次进行870℃/500 h去应力退火与1 000℃/4 h热处理后,DZ125合金中仍存在少量胞状再结晶.经过1 150℃/4 h热处理后,胞状再结晶层厚度约降低30%;经过1 230℃/4 h热处理后,等轴状再结晶层厚度总体约降低了30%.当Almen值为0.17 mm时,在870℃下进行不同时间的去应力退火处理与1 230℃/4 h热处理后发现,随着退火时间的增加,再结晶层厚度逐渐降低,当退火时间为500 h时,再结晶层厚度约降低50%.

K4169合金大型薄壁铸件热等静压试验

以K4169合金机匣模拟试件为载体,开展了热等静压闭合铸件疏松以及热等静压对铸件组织与性能影响的试验。试验结果表明,热等静压可以有效闭合铸件内部疏松,但对开放性的缺陷如裂纹没有闭合作用;热等静压可有效消除K4169合金铸件的Laves相,减轻偏析,均匀铸件的内部组织;热等静压对铸件晶粒度和常规力学性能影响不大。

吹砂时间对定向凝固DZ125合金再结晶厚度及蠕变性能的影响

对铸态柱状晶DZ125合金进行不同时间的表面吹砂,然后进行扩散热处理和固溶热处理,获得不同厚度的再结晶层,并测定合金的蠕变寿命。采用扫描电镜对铸态、热处理态和蠕变断裂后合金的微观组织进行观察,对比分析再结晶及其厚度对合金蠕变性能的影响。结果表明:热处理后合金表面再结晶厚度随吹砂时间的延长而增大。铸态DZ125柱状晶合金中的碳化物呈片状、条状或颗粒状,经标准热处理后合金中的碳化物部分发生溶解,片状碳化物尺寸减小,碳化物表面出现孔洞,条状碳化物转变为颗粒状,原有颗粒状碳化物尺寸降低。再结晶后,晶界析出少量颗粒状碳化物。在980℃/235 MPa条件下再结晶合金的蠕变寿命比未发生再结晶的柱状晶合金寿命低30%。蠕变期间再结晶晶界碳化物积聚和长大,这有利于提高再结晶晶界强度。蠕变期间断裂裂纹主要沿与应力轴垂直的再结晶晶界萌生,同时在柱状晶合金内部也存在裂纹萌生点。再结晶晶粒内发生了γ′相筏形化,说明柱状晶再结晶晶界虽然弱化了合金的蠕变强度,但其本身也具有一定的强度。

高温长期时效对DD5单晶高温合金显微组织和持久性能的影响

研究了第二代单晶高温合金DD5在1 000℃和1 100℃无应力时效不同时间后的显微组织和持久性能的变化。结果表明,1 000℃时效200 h后,γ′相仍呈规则立方分布,尺寸略有增加,时效500 h后,γ′相逐渐连接形筏,1 000 h后,γ′相的筏状组织更加完善。1 100℃相比于1 000℃,γ′相长大明显,形筏程度更高。长期时效过程中均析出块状的M6C型碳化物和颗粒状的M23C6型碳化物。1 000℃时效100 h及1 100℃时效200 h后,μ相以针状和块状形态析出,1 000℃时μ相的数量随时效时间的延长显著增加,1 100℃时析出相的数量比1 000℃明显减少。1 000℃和1 100℃时随时效温度升高和时效时间的延长,合金持久性能降低。

返回熔炼次数对K417G合金热疲劳性能的影响

采用100%的K417G镍基铸造高温合金返回料进行了4次返回熔炼,研究了不同返回次数K417G合金的热疲劳性能并对裂纹区域进行了观察。结果表明:合金的热疲劳裂纹在试样的V型缺口尖端附近萌生,主要沿晶界生长,主裂纹生长以裂纹尖端连续开裂的方式进行,裂纹扩展主要沿晶界碳化物长大。随热循环次数的增加,返回料合金的热疲劳裂纹扩展速度比新料合金快,四返合金的热疲劳裂纹扩展最快。经120次循环后,新料与返回料合金的热疲劳裂纹长度均超过1 mm。随返回次数的增加,合金中的氧含量增加导致非金属夹杂物数量增加,热疲劳裂纹的扩展速度加快,返回料合金的热疲劳裂纹越长。

DZ125合金枝晶与拉晶速率的关系及对蠕变性能的影响

通过采用不同的拉晶速率制备定向凝固DZ125合金,采用扫描电镜对不同拉晶速率下的微观组织进行观察并测定不同拉晶速率下合金在980℃/235 MPa条件下的蠕变曲线,研究了拉晶速率对DZ125合金枝晶组织及力学性能的影响。研究结果表明:在合金成分相同的条件下,当拉晶速率为1 mm/min时,合金中的枝晶组织为胞晶,当拉晶速率大于3 mm/min时开始出现"十"字形树枝晶。当拉晶速率为5 mm/min时,合金一次枝晶间距为418μm,拉晶速率为6 mm/min时,枝晶间距为400μm,随拉晶速率的增大一次枝晶间距减小。而二次枝晶间距由5 mm/min的55μm提高到6 mm/min的70μm,随拉晶速率的增大,二次枝晶间距增大。铸态合金中的γ′相随拉晶速率的增大而减小,拉晶速率为1 mm/min时,γ′相尺寸为1μm左右,拉晶速率为6 mm/min时,γ′相尺寸为0.5μm。试验条件下,拉晶速率为1 mm/min时其蠕变断裂寿命为70 h,而拉晶速率为6 mm/min时,其蠕变断裂寿命为128 h,随拉晶速率的提高蠕变性能提高。

陶瓷型芯粉料粒度对铸件内腔尺寸的影响

设计了与空心涡轮叶片相似结构并可精确测量型芯及内腔尺寸的模拟铸件,通过对三种不同粉料粒度的硅基陶瓷型芯及相对应铸件内腔尺寸的测量,找出了粉料粒度与铸件内腔尺寸变化的关系。研究表明,硅基陶瓷型芯在铸件浇注过程中会发生二次烧结并直接影响铸件的内腔尺寸,烧结收缩率与粉料粒度相关,粗细相配比例适中粉料的型芯生产的铸件内腔收缩最小。

DD5单晶高温合金在长期时效和持久性能试验中的γ′相演化

研究了DD5单晶高温合金在热处理态、长期时效态(1 100℃/500 h)和持久性能测试过程中的γ′相演化。结果表明:1 100℃时效500 h后,γ′相全部由立方体形态转化成条状组织,基体通道宽度接近γ′相宽度并析出大量粒状二次γ′相,γ/γ′相界面形成大量错配位错网。与热处理态相比,长期时效态合金在871℃/552 MPa和1 038℃/172 MPa条件下持久寿命明显降低。长期时效态合金在871℃/552 MPa条件下持久试验后,一次γ′相保持长期时效后形态,但基体通道中的二次γ′相形成了N型筏形组织。长期时效态合金在1 038℃/172 MPa条件下持久试验后一次γ′相形成垂直于拉应力的N型筏。

取向偏离度对[001]取向单晶高温合金中温蠕变行为的影响

利用扫描和透射电子显微镜研究了不同取向偏离度下DD6单晶高温合金的中温蠕变性能及其微观机制。研究结果表明:取向偏离度对合金的中温蠕变性能有重要影响,其中6°和7°合金蠕变寿命相差很大。6°合金在中温蠕变期间,次滑移系开动容易,合金近断口区域切入γ'相的超位错和SISF具有不同取向。而7合金次滑移系开动困难,超位错和SISF具有单一取向。7°合金仅有主滑移系开动,γ/γ'两相界面处的应力集中无法被有效释放,裂纹在该区域聚集并相互连接形成宏观裂纹,导致合金蠕变寿命急剧降低。

莫来石为矿化剂的硅基陶瓷型芯性能研究

采用石英玻璃粉为基体材料,莫来石粉为矿化剂制备了硅基陶瓷型芯。对型芯试样的显气孔率、体积密度、收缩率、抗弯强度及热膨胀系数进行了测试分析,并对试样的断口形貌进行了表征,确定了莫来石为矿化剂的硅基型芯的使用范围。

激光快速成形与传统精铸技术的组合应用

快速自动成形技术与铸造车间现有的精密铸造工艺相结合,使铸造车间有能力快速生产各类大尺寸、结构复杂熔模精密铸件所用蜡模,减少大量外协费用,同时对于单件、小批量熔模精密铸件的生产可以不用模具,从而节省大量模具加工费用,缩短生产周期约60%,使新产品研制和开发获得了大量宝贵时间,降低了生产成本,而且也使铸造车间精密铸造水平有所提高,为确保后续型号产品中精密铸件生产任务的顺利完成打下了良好的基础。

铸型加热温度对DZ125合金组织和性能的影响

通过采用不同的铸型加热温度制备定向凝固DZ125合金,采用扫描电镜对合金的微观组织进行观察,研究了铸型加热温度对DZ125合金显微组织及力学性能的影响。研究结果表明:采用不同铸型加热温度制备出柱状晶合金,在与拉晶方向垂直的截面上,随着铸型加热温度的升高,枝晶形态由"蜈蚣"状转变为"蝴蝶"状,并最终转变为"十"字形。铸型加热温度对纵截面上的枝晶间距没有影响,随铸型加热温度升高,枝晶间共晶相数量及尺寸增大,合金中γ′相由蝶形向立方体形转变,γ′相尺寸有变小的趋势。三种铸型加热温度条件下,合金在980℃/235 MPa条件下的持久寿命相当,随加热温度升高,合金在稳态蠕变阶段的应变速率降低,断裂伸长率增大。

熔体处理温度对DZ125合金组织性能的影响

通过采用不同的熔体处理温度制备定向凝固DZ125合金,采用扫描电镜对不同熔体处理温度下的微观组织进行观察,研究了熔体处理温度对DZ125合金显微组织及力学性能的影响。研究结果表明:DZ125合金进行不同熔体温度处理后,合金的枝晶间距相当,枝晶形貌相近,熔体处理对合金的枝晶间距影响不明显;熔体处理能够改变合金中γ′相的组织形貌,随熔体处理温度的提高合金中γ′相的组织细化;熔体处理对合金980℃,235 MPa条件下的持久蠕变性能影响不大,三种熔体处理合金的持久寿命及应变速率基本相同;随熔体处理温度的提高,合金室温断裂强度和屈服强度均提高,但对塑性的影响不大。

密封片产生冶金缺陷的原因及应对措施

密封片是结构复杂的薄壁件,装机后,一般在高温态的环境下工作。因此,对密封片的各项性能指标要求更严格。此外,密封片所用的金属原材料价格昂贵,通过分析密封片冶金缺陷及应对措施,不仅能提高铸件合格率,而且降低了成本原料消耗。

元素V对镍基柱状晶合金显微组织和高温蠕变性能的影响

采用定向凝固炉制备出含有不同V含量的柱状晶合金,进行了高温蠕变性能测试和微观组织形貌观察,研究合金化元素V对镍基柱状晶合金微观组织及高温蠕变性能的影响。结果表明:低V含量的合金中碳化物主要以棒状形式存在,而高V合金中碳化物主要以块状形式存在,棒状碳化物中的V含量低于块状碳化物。随V含量的增加,合金中碳化物由棒状向块状转变,当V含量达到1.04%(质量分数)时,碳化物的形貌已经完全转变成块状。铸态合金经固溶处理后,合金中的碳化物发生溶解,低V合金中的棒状碳化物溶解较多,而高V合金中碳化物溶解较少。在980℃/216 MPa和760℃/725 MPa条件下低V柱状晶合金持久寿命较短,高V合金持久寿命较长,提高合金中的V含量有利于提高合金的蠕变寿命。高V合金与低V合金相比,时效和蠕变期间在晶界析出M_(23)C_6型碳化物数量少。蠕变期间合金中的裂纹主要在晶内MC型碳化物及晶界析出的M_(23)C_6型碳化物处萌生和扩展。

合金状态对DZ125定向凝固高温合金再结晶的影响

对定向凝固高温合金DZ125合金进行表面喷丸处理,然后在1000~1230℃加热4 h,研究铸态、固溶态和标准热处理状态DZ125合金的表面再结晶行为。结果表明:在表征喷丸强度的Almen值为0.17 mm时,3种状态的合金出现再结晶的温度分别为铸态1000℃、固溶态1050℃和标准热处理态的1100℃。3种状态加热温度为1150℃及以下均产生胞状再结晶,在相同实验条件下,3种状态合金的再结晶表现为铸态再结晶层最深、其次是固溶态,然后是标准热处理态。可以通过先固溶处理再吹砂然后时效处理的工艺来替换铸态吹砂然后热处理的工艺来降低生产过程中产生的再结晶层厚度,进而降低再结晶对力学性能的影响。

精铸K417G合金晶界损伤对其持久性能的影响

熔模铸造K417G合金低压涡轮工作叶片通常需要进行表面细晶处理,在晶粒度检查过程中容易产生过腐蚀现象。通过试验考察了FeCl3腐蚀剂、CuSO_4腐蚀剂对K417G合金表面及性能的影响。结果发现,当采用CuSO_4腐蚀剂进行不同时间的腐蚀后,合金晶界处的碳化物会脱落而形成晶界损伤。合金在950℃、235 MPa条件下的持久寿命表明,当腐蚀5min时,对合金的持久性能不会产生太大的影响,但是当腐蚀时间延长至20min,合金的持久寿命会大幅度降低。当采用FeCl_3腐蚀剂进行不同时间的腐蚀后,合金晶界处的碳化物不会脱落。合金在950℃、235 MPa条件下的持久寿命表明,当腐蚀5min和20min时,合金的持久性能变化不大,但是当腐蚀时间延长至40min后,合金的持久寿命大幅度降低。这主要是FeCl3腐蚀剂对合金的晶界并没有产生损伤,但是随着腐蚀时间延长,合金枝晶间的疏松有扩大趋势,这导致了持久寿命的降低。因此,采用FeCl_3腐蚀剂用于叶片晶粒度检查较为适宜。