镍基高温合金复合型点阵夹芯板设计和熔模铸造

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文结论...................................................................................................................66参考文献...............................................................................................................67哈尔滨工业大学学位论文原创

2、性声明及使用授权说明....................................71致谢...................................................................................................................72-VI-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义随着航空事业的发展，飞行器的服役条件越来越苛刻，对性能的要求也日[1]渐提高，提出了结构轻型化、多功能化、耐高温、

3、耐腐蚀的要求。近年来点阵夹芯结构概念的提出为解决这一问题提供了新的思路。点阵夹芯板结构是由刚性面板和轻质芯子连接在一起而组成的轻质结构。点阵夹芯结构集结构设计、材料设计、功能设计于一身，不仅具有高的比强度和大的比刚度，而且还具有[2]隔热、降噪、减震等多功能特性。因此点阵夹芯结构受到国际学术界的广泛关注，被认为是最有应用前景的新一代强韧、轻质材料。目前，针对三维点阵夹芯结构的设计主要集中在Kagome、金字塔、四面体、八面体等单一的结构。经研究表明，Kagome芯子结构较其它芯子结构具有更高的抗屈曲能力，在受剪切力时表现出

4、各项同性，但是在承受压力载荷时，芯子中间铰接部位容易产生应力集中；金字塔、四面体芯子结构虽然在抗压方面不如Kagome芯子结构，但是产生应力集中的部位在杆件的底部，芯子杆件中间部位的应力集中值小。而点阵夹芯板的力学性能取决于面板结构、芯子结构以及面芯结合三因素。基于此，本文提出了复合型点阵夹芯板结构设计的概念，旨在组合不同力学性能的芯子结构，周期排列，使不同的芯子充分发挥各自的优点，达到力学性能最优。三维点阵夹芯板的制造工艺主要有冲压折叠工艺、线编织工艺和熔模铸造工艺。前两种工艺主要用于制备单一结构的点阵夹芯材料；而熔模精

5、铸方法具备一体化、精密成型的优势，不仅在单一结构的金属材料点阵夹芯结构成型方面具有较强的可行性，而且在成型复合型的点阵板方面优势更为突出。熔模铸造工艺几乎可是实验所有合金的精加工，特别是对高温合金精密成型，熔模精铸工艺占据明显的优势。采用熔模铸造的方法制备镍基高温合金复合型点阵夹芯板，使得高温合金材料和点阵夹芯板结构，优势互补，既可以实现高温合金结构件的轻量化、又可以使结构具备高的力学性能、发挥减震、隔热的优势。针对航空航天领域对结构件提出的轻质、耐高温、多功能的要求，高温合金点阵夹芯板有望成为一个新的研究热点。-1-哈尔

6、滨工业大学工学硕士学位论文1.2铸造镍基高温合金国内外的发展状况通常高温合金是指以钴、铁、镍为基体，在600℃以上的高温条件下,具备高的耐腐蚀和抗氧化能力，在高载荷、高温度条件下组织性能稳定、力学性能优异的合金。高温合金为单一的奥氏体组织，在不同的温度下具备优异的高温力学性能、突出的抗腐蚀、抗氧化、抗蠕变能力。铸造镍基高温合金一般用熔模铸造法加工成型。镍基高温合金，因为γ´沉淀相和碳化物的强化作用而保持组织稳定性，具备优异的力学性能。高温合金通过熔模铸造工艺可以实现近净形成型。在铸造镍基高温合金发展的起步阶段，主要是通过往

7、合金中添加锆、钴、钼、硼等合金元素来提高合金的性能，满足实际需求。随着人类在航空航天领域的不断探索和进步，对高温合金铸件性能的要求越来越高，加工工艺的研发受到重视。定向凝固工艺、单晶合金技术、机械合金化工艺、粉末冶金技术等新兴的工艺的研发成功极大推动了高温[4]合金的发展，仍然是目前发展的重点对象。高温合金铸造技术的研发始于二十世纪四十年代。在1943年，美国GE公司首先使用钴基铸造高温合金代替锻造高温合金制备了航空发动机，从而开[5]始了铸造高温合金研究的序幕。在铸造合金发展的初期，发展并不顺利，因为铸造过程中叶片晶粒粗

8、大导致力学性能严重下降等缺点严重制约了该合金的应用。六十年代，镍基铸造高温合金的研究进入鼎盛时期，IN100、B1900、[6]MAR-M200、IN713、MAR-M002、Rene125等高温合金相继研发成功。直到今日，铸造高温合金始终被应用到航空航天工作环境最恶劣、受力最复杂的零部件中，是制造涡轮