重型燃机涡轮空心叶片定向凝固数值模拟.pdf

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1、第2期No.22017年6月DONGFANGTURBINEJun.2017DOI:10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2017.02.010重型燃机涡轮空心叶片定向凝固数值模拟张琼元,刘艳领,杨功显,巩秀芳(东方汽轮机有限公司长寿命高温材料国家重点实验室,四川德阳,618000)摘要:文章采用铸造模拟软件Procast,模拟了重型燃机涡轮空心叶片的定向凝固过程,研究了不同的抽拉速度对凝固时固液界面形态及铸件微观组织的影响,得到了较优抽拉速度。模拟结果表明,随着抽拉速度减小,固液界面趋于水平,定向柱晶分布均匀,取向良好。对模

2、拟得到的较优抽拉速度进行试验验证,制备了具有较为理想的晶粒组织的实物叶片。关键词:空心叶片,定向凝固,数值模拟,固液界面中图分类号:TG249文献标识码:A文章编号:1674-9987(2017)02-0042-04NumericalSimulationofDirectionalSolidificationofHeavy-dutyGasTurbineHollowBladeZhangQiongyuan,LiuYanling,YangGongxian,GongXiufang﹝StateKeyLaboratoryofLong-lifeHighTempe

3、ratureMaterials,DongfangTurbineCo.,Ltd.,DeyangSichuan,618000)Abstract:Thedirectionalsolidificationprocessofhollowbladeusedinheavy-dutygasturbinehasbeensimulatedbyProcastsoft-ware.Theeffectsofdifferentdrawingspeedonthesolid-liquidinterfacemorphologyandthemicrostructureofcastin

4、garestudied.Thesimulationresultsindicatethatasthedrawingspeeddecreases,thesolid-liquidinterfacetendstolevelandthedistributionofcolumncrystalwithgoodorientationisuniform.Theoptimizeddrawingspeedobtainedfromthesimulationsistestedandthebladecastingwithrelativelyperfectmicrostruc

5、tureisprepared.Keywords:hollowblade,directionalsolidification,simulation,solid-liquidinterface的要求。重型燃机中的热端部件是工作环境最恶0引言劣、结构最复杂的零件之一,为了提高热端部件的高温机械性能和使用寿命,一方面在等轴晶的重型燃机联合循环发电的热效率已经达到了基础上发展了定向结晶和单晶技术,另一方面采60%,在复杂能源系统中占有重要的地位。随着用先进的冷却技术,例如使用热障涂层、气膜冷重燃技术的发展,燃气初温和整机功率都有了显却等技术,提高材料的耐高

6、温能力。著的提高,这对热端材料和冷却技术提出了严格我国经过几十年重型燃机的国产化研究,已作者简介:张琼元﹝1987-﹞,男,硕士,工程师,毕业于清华大学材料科学与工程专业,现从事重型燃机叶片研发工作。•42•第2期No.22017年6月DONGFANGTURBINEJun.2017经掌握了大部分部件的制造能力,但是重型燃机min左右,然后通过升降系统以一定的速度向下抽的热端部件核心技术仍掌握在国外少数几个公司拉,以形成定向温度梯度。抽拉过程中热量传递手中,尤其是涡轮空心叶片的定向凝固技术和单有两种方式：一是向下通过已凝固合金、水冷铜晶技术,仍需要

7、我们进一步自主研发。定向凝固盘的热传导,另一种是模壳与铸型室之间的热辐技术是一种先进的铸造成形方法,在液态金属冷射。通过对抽拉速度和浇注温度等工艺参数的控却、凝固的过程中,采用一定的方法,在已凝固制,获得稳定的温度梯度,实现叶片晶粒的定向金属和熔融金属之间建立一温度梯度,使得热量生长。沿着固定的方向传递,而晶粒沿着相反的方向生长为柱状晶。采用定向凝固技术,可以得到定向加热室结晶组织,甚至是单晶,能够大大提高叶片的高模壳温强度、蠕变性能和持久性能等[1-2]。水冷铜盘获得良好定向结晶组织的关键是对温度梯度隔热挡板和抽拉速度的控制[3-4]。凝固过程

8、中,温度梯度越升降系统高,抽拉速度越慢,则定向柱状晶<001>晶向与叶铸型室片主应力轴的夹角越小,杂晶、偏晶、断晶等缺陷出现的概率越小。