K52镍基高温合金精铸叶片凝固组织与性能预测

论文摘要

本文采用K52镍基高温合金精铸叶片作为研究对象,通过实验分析凝固组织对精铸叶片机械性能的影响,并且利用模拟软件对精铸叶片的凝固组织与性能进行分析预测,研究发现通过控制工艺参数,可以改善精铸叶片的凝固组织和性能。首先通过充型凝固过程和微观动力学模型,获得计算机数据库参数,然后利用Anycasting软件模拟精铸叶片的充型和凝固过程,并分析其特点。最后通过Niyama判据预测缺陷,发现模拟软件预测的位置和实验过程中出现的缺陷位置相吻合。本文采用特殊截面法,通过对叶片的六个不同截面的晶粒度、枝晶间距、硬度进行测量,并在使用模拟软件的基础上,利用凝固参数等数据,通过离散点曲线拟合,建立二次枝晶间距与凝固参数之间的定量关系,结果表明随着冷却速率的增大,局部凝固时间的减小,二次枝晶间距逐渐减小。为了考察铸件的力学性能,本文研究了维氏硬度与凝固组织之间的参数关系,结果表明随着晶粒尺寸、二次枝晶间距的增加,维氏硬度逐渐减小。利用Anycasting软件对精铸叶片的整体晶粒度、二次枝晶间距、维氏硬度进行预测,并把模拟结果与实验结果相比较,发现两者吻合较好。本文还预测了不同的工艺参数条件下,获得铸件的凝固组织和维氏硬度,研究结果表明:在浇注温度不变的情况下,随着铸型预热温度的升高,所获得晶粒尺寸、二次枝晶间距逐渐增大,维氏硬度减小;在铸型预热温度不变的条件下,随着浇注温度的升高,晶粒尺寸和二次枝晶间距增加,维氏硬度降低。研究结果发现在改善工艺方面,适当提高浇注温度或型壳的预热温度可以改善缩松缩孔缺陷。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 高温合金发展概况
• 1.2.1 国外高温合金的概况
• 1.2.2 我国高温合金的发展
• 1.3 铸造过程数值模拟技术的发展概况
• 1.3.1 铸造过程数值模拟的发展历史及应用现状
• 1.3.2 铸造过程数值模拟的应用软件
• 1.4 凝固组织与性能的关系
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 理论基础模型
• 2.1 充型凝固过程数学模型
• 2.2 微观动力学模型
• 2.2.1 形核模型
• 2.2.2 枝晶尖端生长动力学模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 精铸叶片数值模拟结果分析
• 3.1 引言
• 3.2 叶片及型壳实体造型
• 3.3 数值模拟分析
• 3.3.1 充型过程数值模拟分析
• 3.3.2 凝固过程数值模拟分析
• 3.4 凝固过程缺陷预测
• 3.5 本章小结
• 第4章 精铸叶片凝固组织与性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 叶片试样制备
• 4.3 凝固组织观察与分析
• 4.4 凝固组织与凝固参数的关系分析
• 4.5 凝固组织与铸件力学性能的关系分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 精铸叶片凝固组织与性能预测
• 5.1 引言
• 5.2 凝固组织预测
• 5.3 不同工艺条件下凝固组织与性能预测
• 5.3.1 保温毡对精铸叶片性能影响
• 5.3.2 浇注温度1500℃不变，改变型壳温度
• 5.3.3 型壳预热温度1050℃不变，改变浇注温度
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢