鐵基高溫合金葉片精密鑄造工藝數值模擬研究*

劉俊釗,孫淵君,賈金鳳,陳大林,盧蘇君,陳韓鋒,肖榮振

(1.蘭州理工大學 有色金屬先進加工與再利用國家重點實驗室,甘肅 蘭州 730050;2.金川集團股份有限公司,甘肅 金昌 737100; 3.蘭州信息科技學院,甘肅 蘭州 730300)

0 引 言

在航空噴氣發動機、艦船燃氣輪機、工業燃氣輪機等眾多領域,通常使用高溫氣體來驅動渦輪機。渦輪機的葉片作為渦輪機的重要部件,需要承受高溫、熱腐蝕的惡劣環境(典型的燃氣渦輪機工作溫度超過500 ℃)[1]。高溫合金具有良好的抗氧化性、熱穩定性、抗疲勞性以及良好的蠕變斷裂性。因此,它在此環境下得到了廣泛應用[2-5]。

K213是一種鐵鎳鉻基鑄造高溫合金,其中加入了Al、Ti,形成γ′相,并實現了沉淀強化作用,它以W進行固溶強化,以微量的B強化晶界。該合金鑄造工藝優良,在750 ℃以下具有良好的綜合性能[6-7]。近年來,高溫合金零部件趨向于精密化和薄壁化,因此會對精密鑄造工藝提出更高要求。傳統的實驗工藝存在試錯成本高、周期長等問題,而計算機輔助設計則可大大減少試錯成本,縮短工藝設計周期。國內已有采用計算機模擬葉片鑄造凝固過程的先例[8-10]。鋼鐵研究總院采用計算機模擬高溫合金精密鑄造,最終確定了最優工藝方案,明顯減少了鑄件缺陷,降低了生產成本[11]。沈陽航空航天大學采用有限元分析模擬了K438合金液在熔模鑄造工藝中的充型凝固過程,確定了最佳澆鑄系統及工藝[12]。哈爾濱工業大學模擬了TiAl基合金葉片吸鑄的成形過程,分析了充型凝固過程中葉片產生缺陷的原因并進行了相關驗證[13]。……