抽拉速度对单晶叶片定向凝固过程的影响

以DD6高温合金作为单晶叶片试件合金材料,对固定抽拉速度、简单阶梯抽拉速度和多级阶梯抽拉速度下单晶叶片试件温度场、糊状区和凝固组织生长情况进行了数值模拟,并进行了定向凝固验证试验。结果表明：采用低速固定抽拉和多级阶梯抽拉速度能获得单晶完整性好的叶片试件;高速固定抽拉和简单阶梯拉速下单晶叶片试件在缘板产生杂晶;凝固组织数值模拟结果与定向凝固试验结果基本吻合。     

不同模组结构高效制备单晶叶片定向凝固过程的温度场及组织模拟

针对18个单晶高温合金叶片高效制备过程中温度场不均匀而导致的杂晶缺陷问题,设计了3种不同的单晶叶片模组结构,采用ProCast软件和CAFE模块对第2代单晶高温合金DD6不同模组结构在高速凝固工艺下的温度场和晶粒组织进行模拟研究,分析了不同模组结构下叶片的温度场演化和抽拉速率对杂晶的影响。结果表明,单层模组由于中柱的保温作用较小,导致叶片近中柱侧的散热效率高于近炉壁侧,凝固过程固液界面弯曲严重,凝固过冷大,杂晶形成倾向大;通过对单层模组添加套筒,以加强保温作用,可有效改善温度场,减小固液界面弯曲程度,避免杂晶形核;而双层叠加模组温度场分布均匀,凝固过冷小,杂晶形成倾向小。套筒模组和双层叠加模组在抽拉速率小于100μm/s时均无杂晶形成,但双层叠加模组将模组直径缩小为其余2种模组结构的一半,降低了对炉体型腔尺寸的要求,有望实现单晶叶片的高效制备。     

高温合金单晶叶片定向凝固过程的宏微观数值模拟

基于有限元和Panda热动力学数据库建立了单晶叶片真空熔模铸造定向凝固过程的数理模型,对不同工艺下单晶叶片试样凝固过程中的温度场、糊状区演变及枝晶二次臂间距进行了仿真,研究了缺陷形成机理和规律。计算结果与实验吻合良好。计算结果显示,拉速大时二次臂细小,但杂晶产生的趋势加大;拉速小时杂晶不易形成,但二次臂增粗。对实际空心薄壁复杂单晶叶片定向凝固过程的模拟研究表明,二次臂间距在叶身部分分布比较均一, 3.5 mm/min抽拉时有可能在缘板处产生杂晶。采用变拉速工艺,不仅可避免杂晶缺陷,还能保证工件大部分枝晶细小,提高生产效率和成品率     

空心叶片LMC定向凝固温度场和微观组织模拟

基于自主开发的Teccast软件建立了LMC动态综合边界条件和微观组织演变模型,对不同工艺的叶片凝固过程进行了数值模拟。结果表明,与传统方法相比,LMC可得到更窄的糊状区,尤其在厚大部位防止了糊状区的宽化。同时,由于LMC具有更高的温度梯度,并且减小了糊状区下凹的趋势,从而能在更高的拉速下避免杂晶。对于空心单晶叶片,可以在热应力允许的范围内使用更高的拉速来提高生产率。     

镍基合金叶片凝固过程微观组织模拟及工艺优化研究

本文以真空熔模铸造Ｋ４１７镍基高温合金涡轮叶片为研究对象，用宏观传热、传质与微观形核、生长相统一的数学模型，描述了微观组织形成的动态过程。模型考虑了非均质形核的机理及影响因素，用ＣｅｌｕｌａｒＡｕｔｏｍａｔａ法对有效核心的分布作了统计描述，用枝晶尖端生长动力学模型研究了晶粒的生长及〈１００〉择优晶向对生长的影响，确立了由柱状晶到等轴晶转变的判据，并成功地对晶粒生长过程进行了计算机屏幕动态彩色显示。根据计算结果找出了影响叶片微观组织的主要工艺因素是浇注温度、型壳温度、填砂粒度和孕育剂粒度。根据最佳工艺参数组合，制定了优化工艺，用于实际生产后，基本消除了粗大晶粒、缩孔、缩松等缺陷，使叶片铸造合格率比原工艺提高了２２．８３％。     

连续凝固偏晶合金薄带凝固组织进化过程模拟

分析了偏晶合金薄带垂直连续凝固过程,发展了描述该条件下偏晶合金凝固组织演变的数学模型,将计算的温度场和浓度场与凝固组织演变的控制方程相耦合,模拟了Al-5Pb(质量分数．%)合金的凝固过程．结果表明．在固/液界面前存在一过冷区、弥散相液滴在此区间内形核,这些液滴在移向凝固界面的过程中进行扩散长大,随着凝固速度的提高,形核率升高,弥散相液滴的数量密度增大．平均半径减小。     

DD6单晶冷却涡轮叶片模拟试样拉伸性能

研究了[001]取向的冷却叶片模拟试样的拉伸性能与断口。分别从温度、薄壁厚度以及气膜孔3个方面分析对其力学性能的影响。结果表明:薄壁圆管试样在过峰值温度后,抗拉强度与屈服强度随温度上升而降低,延伸率与截面收缩率则不断递增;2mm比1.5mm薄壁试样的抗拉强度、屈服强度、延伸率及截面收缩率都要大;带气膜孔试样存在应力应变集中,导致其抗拉强度与屈服强度,延伸率与截面收缩率都要比不带气膜孔试样的低。对试样断口进行SEM分析,结果表明在中温和高温条件下,断口呈现不同的断裂特点,850℃的试样断面由光滑斜平面组成,而980℃的断口则以韧窝断裂为主。     

DD6单晶高温合金的杂晶组织研究

选择带有杂晶的DD6单晶高温合金叶片,切割制备成杂晶试样,用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了杂晶试样的铸态和热处理组织。结果表明,杂晶晶界两边的枝晶相对方向明显不同,分为倾侧晶界和扭转晶界。杂晶的铸态组织中,晶界由粗大γ′相和与它连接在一起的大块共晶组成,晶界上析出了碳化物。杂晶热处理组织中,晶界两边的晶格方向明显不同,晶界上析出了M6C块状碳化物。倾侧晶界组织和厚度差别较大,扭转晶界厚度变化较小,晶界间隙较大。     

拉晶速率对单晶高温合金凝固析出行为及显微组织的影响

研究了拉晶速率对单晶高温合金凝固界面形态、一次臂间距、（γ＋γ＇）共晶和γ＇相析出行为的影响。结果表明，随拉晶速率的增加，凝固界面从平面向胞状、粗枝、细枝转变，一次臂间距先增加然后减小，（γ＋γ＇）共晶增多，γ＇尺寸减小，立方规则性增加。胞状、树状凝固时，γ＇尺寸出现“双峰”分布。     

叶片模锻过程的微观组织数值模拟研究

借助数值模拟技术预测叶片模锻过程的微观组织演变,对于优化工艺参数、提高成形质量及其使用性能有着十分重要的作用.为此,本文介绍了与叶片模锻成形微观组织演变相关的数学模型,并概述了数值模拟技术在该领域的研究现状及其发展趋势.     

铝合金铸件凝固微观模拟研究

通过对国内外微观组织模拟方法和对微观晶粒的形核和生长的研究,开发了微观组织模拟软件。利用该软件对Al-Si合金铸件凝固过程的微观组织形态进行了数值模拟,并能预测铸件的力学性能。模拟结果与实验的结果比较接近,说明了该软件具有应用前景,但部分功能还有待在实践中进一步完善。     

整铸导叶的铸造工艺

针对整铸导叶铸件存在的技术难度进行工艺研究,在模样、工装、冒口、冷铁、浇注系统等方面进行优化设计,结合计算机数值模拟.生产出合格的产品,为今后同类产品的生产积累了宝贵的经验.     

碳对镍基单晶高温合金AM3凝固组织的影响

研究了碳(C)对第一代镍基单晶高温合金AM3显微组织的影响。结果表明,随着碳含量的增加,枝晶形貌和间距无明显变化,合金中共晶的数量明显减少,一次碳化物逐渐增多。该合金中一次碳化物形貌通常为块状、骨架状和汉字状。当含碳量较高时,碳化物形貌为由骨架状连接形成的网状碳化物(汉字状碳化物)。     

DD32单晶组织对电子束浮区熔炼技术定向凝固的响应

采用电子束浮区熔炼技术对快速凝固法(HRS)制备的DD32单晶进行了重熔定向凝固处理，对在不同扫描速率下处理的DD32单晶重熔定向凝固组织进行了深入观察分析。结果表明，固液界面温度梯度是电子束扫描速率的函数，当电子束扫描速率为0．2mm／min时，固液界面的温度梯度≥1000K／cm。DD32合金较高的溶质含量及相对较高的扫描速率导致成分过冷而使单晶难于形成。当电子束扫描速率大于一定数值时，重熔后的定向凝固组织内可以观察到细晶和粗晶两种柱状晶区；熔区形态的变化和强烈对流是造成此时温度场和溶质场分布不均匀的最主要原因。     

下引法连铸单晶铜试验研究

利用自制下引式真空熔炼、氩气保护连续定向凝固设备制备出φ16mm的单晶纯铜棒材,研究了各工艺参数对连铸单晶铜凝固过程中温度分布的影响,分析了铸锭凝固过程中的表面质量和凝固组织的变化情况.结果表明:拉坯速度、熔体温度、冷却水量等工艺参数对固液界面的形状和位置有显著影响,并通过影响固液界面位置和形状来作用于凝固过程.连铸单晶铜凝固过程中,铜在结晶器内熔点位置即为固液界面位置,理想的固液界面位置在距离结晶器出口30～40mm处;铸锭凝固过程中逐渐淘汰的晶面为(311)、(220)和(111),最后单晶生长的晶面为(200),其晶体生长方向为[100].     

大型导向叶片铸钢件的数值模拟与工艺优化

利用三维绘图软件Pro/E对大型导向叶片铸钢件做实体造型,应用数值模拟软件View Cast对铸件完成铸造过程温度场的数值模拟,预测铸件产生缩松、缩孔的部位和形成原因.根据模拟结果初步设计了导向叶片的补缩系统工艺方案,对设计的工艺方案进一步模拟优化,最终获得了合理的补缩系统工艺方案.     

抽拉速率对含Ru镍基单晶高温合金凝固组织的影响

研究了不同抽拉速率对含Ru镍基单晶高温合金凝固组织的影响.结果表明,随着抽拉速率的加快,单晶合金的铸态组织由粗枝状晶向细枝状晶演变,枝晶干和枝晶间的γ′相尺寸减少,合金元素的偏析降低,γ-γ'共晶含量减少,NiAl基β相含量逐渐降低.同时,抽拉速率对合金的相变温度影响不大.     

连铸工艺对方坯凝固组织影响的数值模拟

铸坯凝固组织特征对于连铸坯粗坯质量具有重要影响。通过建立重轨钢U71Mn方坯连铸过程中传热和凝固组织模拟数学模型,研究了CA模型特征参数和连铸操作工艺参数对于凝固组织特征的影响规律。研究结果表明：平均形核过冷度控制柱状晶区域,随着该值的增大,柱状晶区域也随之增大;最大形核密度控制晶粒尺寸,该值越大晶粒的尺寸则越小。连铸拉坯速度波动在±0.5m/min时,最终铸态组织特征并没有明显变化,而浇注温度对于最终铸坯组织结构具有较大的影响,晶粒平均半径由15℃的1.555mm增加到45℃的1.721mm,并且中心等轴晶比例逐渐减小。因此,连铸生产过程中,在满足钢液顺利浇注的条件下,降低浇注钢液的过热度会很大程度上改善重轨钢内部组织结构,提高铸坯内部质量。     

Studies on the Solidification Path of Single Crystal Superalloys

Single crystal superalloys are widely used in high temperature sections of turbines, where they are able to withstand extended exposure to high temperatures. As these alloys are commonly cast and directionally solidified via the Bridgman process, the knowledge of their solidification path is of great importance. This paper gives an overview of aspects of the solidification path in superalloys, as studied experimentally and from a modeling and simulation point of view. The implications of microsegregation, and sequence of phase formation are discussed. Attention is given to the processes leading to the formation of interdendritic γ′, also often referred to as the γ/γ′ eutectic.     

一种镍基单晶合金的凝固行为

采用等温凝固方法研究了单晶镍基合金的凝固区间,利用DSC测试了合金的凝固曲线。结果表明:实验合金的液相线温度约为1380℃,固相线温度约为1310℃。合金的凝固顺序为:Lγ,L MC;γγ′;Lγ+MC。单晶合金的铸态组织中,W偏析于枝晶干,Ti、Cr、Mo和Ta偏析于枝晶间,偏析程度为:MoTiCrTa,Al和Co几乎不发生偏析。1314℃1382℃1361℃1325℃