鎳基單晶高溫合金孔洞缺陷數(shù)值模擬與控制方法研究進(jìn)展*

劉可立，王俊升,，郭躍嶺，楊彥紅，周亦胄，楊院生

（1.北京理工大學(xué)材料學(xué)院, 北京 100081；2.北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院，北京 100081；3.中國科學(xué)院金屬研究所高溫合金研究部， 沈陽 110016）

鎳基單晶高溫合金是航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的關(guān)鍵材料，其組織完整性是影響渦輪葉片性能和服役壽命的重要因素[1–7]。孔洞作為一種微觀組織缺陷，常常成為疲勞失效裂紋源[8–11]，是影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片服役安全的隱患[11–16]。孔洞缺陷集中體現(xiàn)了鎳基合金和渦輪葉片制造技術(shù)發(fā)展程度和服役性能優(yōu)劣，始終貫穿于鎳基單晶高溫合金優(yōu)化與代系更替發(fā)展歷程中，而如何預(yù)測(cè)和控制孔洞缺陷始終是鎳基單晶高溫合金性能提升和工業(yè)化生產(chǎn)的重要難題。

本文針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片鎳基單晶高溫合金凝固階段、固溶階段和服役階段的不同孔洞缺陷，對(duì)國內(nèi)外孔洞數(shù)值模擬方面研究現(xiàn)狀及進(jìn)展進(jìn)行簡要介紹，并對(duì)孔洞缺陷數(shù)值模擬發(fā)展方向進(jìn)行展望。

鑄態(tài)孔洞的數(shù)值模擬

1 鑄態(tài)孔洞

鑄態(tài)孔洞形成于合金凝固過程中，根據(jù)其形成機(jī)理主要可分為凝固縮孔和氣孔兩種。由于合金液相和固相密度不同，在凝固過程中產(chǎn)生枝晶間體積的收縮，如果收縮部分因枝晶臂阻隔而無法被合金液相補(bǔ)縮，則會(huì)產(chǎn)生具有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的凝固縮孔。鑄態(tài)氣孔則是由凝固初期合金液相中析出的氣體聚集而成，不易受到枝晶結(jié)構(gòu)的限制，因此氣孔一般呈球形。由于鎳基單晶高溫合金冶煉質(zhì)量及氣體雜質(zhì)的嚴(yán)格控制，鑄態(tài)氣孔的含量有限，因此目前鎳基單晶高溫合金的孔洞缺陷以凝固縮孔為主。……