單晶葉片是航空發(fā)動機(jī)的熱端核心部件,其制造工藝是衡量一個國家航空工業(yè)水平的顯著標(biāo)志之一。本文在分析國內(nèi)外單晶葉片制造技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,圍繞精鑄成品率極低問題,結(jié)合高溫合金的磁懸浮冶煉、單晶葉片凝固過程,展開優(yōu)化仿真研究;在快速精鑄工藝中,對DD5合金進(jìn)行螺旋選晶效果影響因素分析,通過選晶器組織演化過程仿真并開展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。詳細(xì)內(nèi)容如下:首先,在高溫合金冶煉的磁場強(qiáng)度和流-固耦合散熱理論的基礎(chǔ)上,分析了冷坩堝底部形狀、高度對其磁場強(qiáng)度、能量利用率的影響,以及冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對其散熱的影響;借助Workbench中的磁場模塊,分析了底面形狀、高度的冷坩堝磁場強(qiáng)度、能量利用率,結(jié)合流-固耦合模塊分析了冷坩堝分瓣散熱系統(tǒng)的流場、壓力場和溫度場分布,獲得了冷琳堝最佳的底部形狀、高度和冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)其次,在單晶葉片定向凝固的凝固過程中和螺旋選晶器微觀組織演化過程中的理基礎(chǔ)上,分析了抽拉速度對單晶葉片的凝固過程和螺旋選晶器微觀組織演化的影響;借助ProCAST軟件和CAFE模塊,分析了不同抽拉速度對單晶葉片凝固過程中的溫度場、糊狀區(qū)、二次枝晶臂間距和螺旋選晶器內(nèi)組織演化、晶粒數(shù)量變化的影響,獲得了最佳抽拉速度5mm/min左右。最后,基于面成型光固化快速制備螺旋選晶器鑄型,選用DD5合金材料,研究了不同抽拉速度下的螺旋選晶性能,通過觀察引晶段、選晶段不同截面的晶粒、金相組織和枝晶臂間距變化規(guī)律,建議特定工藝條件下最佳抽拉速度為Smm/min左右。
【學(xué)位單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V232.4;TG132.3
【部分圖文】：

西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文片制造技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀機(jī)渦輪葉片的發(fā)展歷程經(jīng)歷了三個階段，主要包括細(xì)晶強(qiáng)化、定圖 1.1 所示。近 50 年來，航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片的溫度承受大小由升到了上世紀(jì)末的 1500℃左右。經(jīng)過定向凝固工藝產(chǎn)生的鎳基高承載溫度提高了 25℃~50℃，并且渦輪葉片的承載溫度每增加 25役壽命提高 3 倍有余。可以說這個突破是高溫合金、葉片精鑄工熱涂層多方面共同努力所取得的巨大成就[13-15]。

圖 1.2 高溫合金發(fā)展歷程[21]片定向凝固技術(shù)的不斷發(fā)展，對高溫合金的耐熱度提出了更高溫合金的順利研發(fā)，帶來了單晶高溫合金研發(fā)的黃金時度提高 30℃的 PW1484 高溫合金的順利研發(fā)[22]，說明渦輪葉；接著以 CMSX-4[23]、RenéN5[24]、PWA1426[25]等為代表的問世；接著相對第二代溫度提高 30℃的第三代葉片高溫合6]和 RenéN6[27]。接著以 TMS-138、TMS-162、TMS-238 為溫合金成功出現(xiàn)[28]。使我國航空發(fā)動機(jī)的綜合新能取得了極冶煉工藝也在不斷的發(fā)展，現(xiàn)在國內(nèi)外最先進(jìn)的高溫合金冶煉，由于電磁力的軸向分量對合金起到懸浮作用，使得材料避免了坩堝材料對熔煉材料的污染；徑向分量對液態(tài)材料起越來越高，避免傳統(tǒng)工藝重復(fù)熔煉造成的能源浪費(fèi)和環(huán)境污熔煉技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，應(yīng)用范圍擴(kuò)展到活潑金屬及單也取得了增加，并且純度也越來越高[29]。

圖 1.2 高溫合金發(fā)展歷程[21]葉片定向凝固技術(shù)的不斷發(fā)展，對高溫合金的耐熱度提出了更高代高溫合金的順利研發(fā)，帶來了單晶高溫合金研發(fā)的黃金時期溫度提高 30℃的 PW1484 高溫合金的順利研發(fā)[22]，說明渦輪葉片段；接著以 CMSX-4[23]、RenéN5[24]、PWA1426[25]等為代表的的功問世；接著相對第二代溫度提高 30℃的第三代葉片高溫合金問10[26]和 RenéN6[27]。接著以 TMS-138、TMS-162、TMS-238 為代表高溫合金成功出現(xiàn)[28]。使我國航空發(fā)動機(jī)的綜合新能取得了極大的冶煉工藝也在不斷的發(fā)展，現(xiàn)在國內(nèi)外最先進(jìn)的高溫合金冶煉熔煉，由于電磁力的軸向分量對合金起到懸浮作用，使得材料與，避免了坩堝材料對熔煉材料的污染；徑向分量對液態(tài)材料起到率越來越高，避免傳統(tǒng)工藝重復(fù)熔煉造成的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染浮熔煉技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，應(yīng)用范圍擴(kuò)展到活潑金屬及單晶量也取得了增加，并且純度也越來越高[29]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2820849