k4169高温合金薄壁铸件调压精密铸造工艺研究

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1、上海交通大学硕士学位论文K4169高温合金薄壁铸件调压精密铸造工艺研究硕士研究生：闫乃舜学号：1120509077导师：孙宝德教授董安平副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学ThesisSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityforMasterDegreeRESEARCHONADJUSTEDPRESSUREINVESTMENTCASTINGFORK4169SUPERALLOYTHIN-WALLE

2、DCASTINGSCandidate：NaishunYanStudentID:1120509077Supervisor：Prof.BaodeSunAsso.Prof.AnpingDongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringSchoolofMaterialsScienceandAffiliation：EngineeringDateofDefence：Jan,2015Degree-

3、Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学硕士学位论文K4169高温合金薄壁铸件调压精密铸造工艺研究摘要随着航空发动机技术的快速发展，航空发动机用各种高温合金复杂薄壁结构件的需求日益增加。更大、更薄、更轻成为主导先进航空发动机结构件设计的重要理念。与之相适应，对高温合金铸件的结构、性能的要求也越来越高，制造难度不断加大。传统的重力铸造方法在浇注大面积薄壁铸件时，由于熔体充填过程中拉普拉斯力的作用，经常出现浇不足、疏松和冷隔缺陷。而反重力铸造工

4、艺在可以很好的解决复杂薄壁铸件的完整充型，提高铸件质量。基于反重力调压铸造方法的特点，本文主要探索了调压铸造应用于高温合金复杂薄壁铸件成型的可行性，利用数值模拟及实验的方法对K4169高温合金薄壁铸件调压铸造过程及凝固组织演变规律进行了系统研究。利用数值模拟的方法研究了采用调压铸造方法的薄壁特征铸件的充型、凝固规律。在数值模拟的基础上进行了特征件调压铸造实验，研究了高温合金薄壁特征件微观组织演变规律，探究了调压铸造工艺参数对于特征铸件铸造质量的影响规律。在特征件铸造过程研究的基础上，提出了航空发动机用高温合金

5、涡轮后机匣支板构件的调压铸造工艺方案，对其铸造过程、缩松、缩孔缺陷分布、微观组织分布等进行了数值模拟分析，指出调压铸造方法的优势，得到了以下主要结论：（1）通过数值模拟方法研究了采用调压铸造方法的薄壁特征铸件的充型、凝固过程，研究了升压速度、结晶保压压力等调压铸造工艺参数对K4169合金调压精铸过程中的充型及凝固过程的影响。探索了尺寸100×100×1mm的薄板特征铸件完整充型的工艺参数：浇注温度1560°C、型壳预热温度955°C、升压速度大于5kPa/s。结果表明：升压I上海交通大学硕士学位论文速度的提升

6、有助于提升液态金属的充型能力，结晶保压压力的施加可明显增强液态金属的补缩能力，减少铸件中缩松、缩孔缺陷出现的几率。（2）参考数值模拟实验中的工艺参数，进行了薄板铸件的调压铸造实验。通过与重力铸造方法的对比，指出调压铸造方法在充型能力方面具有明显的优势。薄板铸件组织沿金属液流动方向分别为柱状晶组织、粗大等轴晶组织、细小等轴晶组织。其晶粒度随升压速度、壁厚上升而增大，随结晶压力上升减小；其二次枝晶间距随升压速度、结晶保压压力的上升而减小，随壁厚的上升而增大；铸件硬度随升压速度、结晶压力上升呈增大趋势，随壁厚上升呈

7、减小趋势。实验结果与数值模拟结果体现出较好的一致性。（3）利用正交实验设计方法设计、优化了高温合金支板件调压铸造工艺方案：浇注温度1610°C、型壳冷却方式为无保温棉下10min冷却、升压速度7kPa/s。通过对支板铸件宏观偏析及微观组织分布情况的数值模拟研究发现，通过调压精密铸造的方法可获得成分、组织均匀的铸件。关键词：高温合金，薄壁铸件，调压铸造，充型能力，凝固组织II上海交通大学硕士学位论文RESEARCHONADJUSTEDPRESSUREINVESTMENTCASTINGFORK4169SUPERA

8、LLOYTHIN-WALLEDCASTINGSABSTRACTWiththerapiddevelopmentofaeroenginetechnology,thereareincreasingdemandforcomplexthin-walledstructurecomponentsmadebysuperalloys.Allthesecomponentsaredesignedtobelargerand