航空发动机高温合金铸件精密成形研究进展

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作者 张攀 汪东红 +7 位作者 肖程波 周乐尧 雷四雄 郑行 谭庆彪 夏小江 黄震 孙宝德 《航空制造技术》 北大核心 2025年第18期162-172,共11页

航空发动机叶片、涡轮后机匣、导向器等高温合金铸件是航空发动机的关键核心部件。即使在材料成分完全已知的条件下,仍然难以制造出尺寸完全合格的铸件,成为我国航空发动机高温合金铸件自主研制中的难题。其中,熔模铸造是高温合金复杂... 航空发动机叶片、涡轮后机匣、导向器等高温合金铸件是航空发动机的关键核心部件。即使在材料成分完全已知的条件下,仍然难以制造出尺寸完全合格的铸件,成为我国航空发动机高温合金铸件自主研制中的难题。其中,熔模铸造是高温合金复杂铸件的主要成形方法。本文全面综述了高温合金熔模铸造技术的发展,分析了熔模铸造工艺流程中存在的缩松和尺寸精度不佳等铸造缺陷问题,介绍了国内外航空发动机高温合金铸件熔模铸造快速成形的研究情况,归纳总结了国内外航空发动机高温合金铸件智能铸造的研究现状,并对航空发动机高温合金铸件精密成形技术的发展方向提出展望。 展开更多

关键词 航空发动机 高温合金 熔模铸造 尺寸精度 铸造缺陷 智能铸造

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航空发动机用高温合金复杂薄壁精密铸件尺寸精度控制技术研究进展 被引量：7

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作者 崔加裕 汪东红 +4 位作者 肖程波 疏达 孙宝德 官邦 丁正一 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期31-44,共14页

高温合金主要应用于涡轮后机匣、扩压器、预旋喷嘴等航空关键热端部件,采用整体精密铸造技术取代“分体铸造+焊接”成形方法,可减少零件数量和加工工序、提升可靠性、减轻质量,是航空发动机先进材料加工关键核心技术之一。然而复杂薄壁... 高温合金主要应用于涡轮后机匣、扩压器、预旋喷嘴等航空关键热端部件,采用整体精密铸造技术取代“分体铸造+焊接”成形方法,可减少零件数量和加工工序、提升可靠性、减轻质量,是航空发动机先进材料加工关键核心技术之一。然而复杂薄壁构件液态精密成型存在尺寸超差难题,导致发动机气动性能降低,装配精度下降,是长期制约我国航空发动机关键构件制造质量的瓶颈问题。本文综述目前国内外在高温合金精密铸造尺寸精度控制方面的研究进展,并对基于数字化和智能化技术的发展趋势进行了前瞻性分析和探讨,未来迫切需要构建液态精密成型数字孪生平台,发展更先进的尺寸变形精准定量智能预测方法以及压蜡模具内腔型面设计理论。 展开更多

关键词 航空发动机 高温合金 尺寸精度控制 熔模精密铸造 复杂薄壁

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K439B镍基高温合金不同壁厚平板件铸态组织特征 被引量：2

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作者 周德鹏 隋大山 +3 位作者 麻晋源 桂大兴 董安平 孙宝德 《材料工程》 北大核心 2025年第1期91-98,共8页

K439B是一种服役温度可达800℃以上的新型镍基高温合金,由于铸件结构向着薄壁化方向发展,有必要开展K439B合金薄壁铸件的微观组织特征研究。为此设计了壁厚分别为1 mm和2 mm的薄壁铸件,进行了精密铸造实验和数值模拟。铸件的铸态组织对... K439B是一种服役温度可达800℃以上的新型镍基高温合金,由于铸件结构向着薄壁化方向发展,有必要开展K439B合金薄壁铸件的微观组织特征研究。为此设计了壁厚分别为1 mm和2 mm的薄壁铸件,进行了精密铸造实验和数值模拟。铸件的铸态组织对比分析表明,壁厚1 mm和2 mm薄壁的枝晶生长方向均为沿型壁指向中心,区别在于1 mm薄壁的枝晶生长方向与型壁夹角更接近垂直,并且1 mm和2 mm薄壁的平均一次枝晶臂间距分别为60.64μm和46.23μm;平均二次枝晶臂间距分别为19.31μm和22.69μm;并且1 mm薄板的平均晶粒尺寸为216.61μm,2 mm薄板的平均晶粒尺寸为239.11μm。结合数值模拟分析表明,枝晶臂间距与温度梯度和冷却速率的关系趋势基本符合已有的经验公式,但是当壁厚减小到某临界厚度时,一次枝晶臂间距与温度梯度和冷却速率的关系不再简单符合该经验公式。实验和模拟分析结果为合理制订K439B合金薄壁件的铸造工艺提供了参考和借鉴。 展开更多

关键词 K439B镍基高温合金 薄壁铸件 枝晶臂间距 晶粒尺寸 数值模拟

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激光粉末床熔融AM247LC合金的成形性与显微组织特征 被引量：1

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作者 贺戬 乔绅 +5 位作者 卫东雨 孔德成 周文哲 黄文貌 谭庆彪 祝国梁 《精密成形工程》 北大核心 2025年第2期150-158,共9页

目的研究新型高铝钛镍基高温合金AM247LC的成形性、显微组织形貌与室温性能。方法采用激光粉末床熔融方式制备了新型AM247LC合金,通过光镜和XRM进行成形性表征,利用SEM和TEM对AM247LC的晶粒组织与析出相等显微组织进行分析,并进行了AM24... 目的研究新型高铝钛镍基高温合金AM247LC的成形性、显微组织形貌与室温性能。方法采用激光粉末床熔融方式制备了新型AM247LC合金,通过光镜和XRM进行成形性表征,利用SEM和TEM对AM247LC的晶粒组织与析出相等显微组织进行分析,并进行了AM247LC合金室温维氏硬度的测试。结果激光粉末床熔融AM247LC合金在较大的工艺参数范围内具有良好的打印性能,致密度保持在99%以上,在选取的打印参数区间无裂纹产生,仅存在少量的孔洞;打印态合金的显微组织为典型的凝固胞状亚结构组织和缠结的高密度位错,在胞状亚结构的周围还分布有尺寸较小的颗粒。与CM247LC合金相比,LPBF制备的AM247LC合金的<001>织构强度明显变弱,晶粒平均尺寸变小,长径比缩小,在增材制造过程中,合金的沉淀物析出量大幅减少,样品的残余应力应变水平明显下降,因此AM247LC合金的开裂敏感性降低。AM247LC合金的室温性能优异,整体硬度为390HV~430HV,硬度值优于打印态CM247LC合金硬度。结论激光粉末床熔融AM247LC合金不仅具备优异的增材制造成形性,而且具有良好的室温性能。 展开更多

关键词 增材制造 镍基高温合金 微观组织 AM247LC合金 打印性

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镍基高温合金薄壁结构显微组织与力学性能演化特征

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作者 隋大山 周德鹏 +1 位作者 杜大帆 董安平 《航空材料学报》 北大核心 2025年第5期131-141,共11页

为满足轻量化需求,铸件结构正朝着薄壁化方向发展,因此有必要研究镍基高温合金薄壁结构的微观组织和力学性能演化特征。首先设计包含壁厚1、1.25 mm和1.5 mm的薄壁铸件,分别在两种工艺条件下完成重力浇注,并对两种铸件进行微观组织分析... 为满足轻量化需求,铸件结构正朝着薄壁化方向发展,因此有必要研究镍基高温合金薄壁结构的微观组织和力学性能演化特征。首先设计包含壁厚1、1.25 mm和1.5 mm的薄壁铸件,分别在两种工艺条件下完成重力浇注,并对两种铸件进行微观组织分析和力学性能测试,获得铸件不同壁厚处的二次枝晶臂间距(secondary dendrite arm spacing,SDAS)、晶粒形貌和晶粒平均尺寸、γ′相尺寸与体积分数等微观组织特征值,以及相应的硬度和抗拉强度。结果表明:随着铸件壁厚由1mm增大到1.25 mm和1.5 mm时,SDAS增加了29.9%以上。当砂箱温度900℃时,铸件抗拉强度随着壁厚增加而波动;当砂箱温度25℃时,铸件抗拉强度随着壁厚增加而升高。通过数值模拟,确定铸件的冷却速率变化范围。砂箱温度900℃的铸件冷却速率范围为16.0~28.2℃/s;砂箱温度25℃的铸件冷却速率范围为26.2~58.5℃/s。 展开更多

关键词 镍基高温合金 薄壁结构 微观组织 力学性能 数值模拟

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镍基高温合金增材制造研究进展 被引量：15

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作者 祝国梁 罗桦 +4 位作者 贺戬 田雨生 卫东雨 谭庆彪 孔德成 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期1-15,共15页

镍基高温合金因其优异的高温强度及耐腐蚀、抗氧化性能而备受关注,被广泛应用于航空航天等领域。本文对增材制造镍基高温合金的制备方法、常见牌号以及合金的组织与性能进行了综述,总结了当前存在的问题,提出了未来值得探索的研究领域... 镍基高温合金因其优异的高温强度及耐腐蚀、抗氧化性能而备受关注,被广泛应用于航空航天等领域。本文对增材制造镍基高温合金的制备方法、常见牌号以及合金的组织与性能进行了综述,总结了当前存在的问题,提出了未来值得探索的研究领域。金属增材制造技术制备的镍基高温合金具有良好性能,能实现复杂构件精密成形,且制备过程中材料浪费少,有望成为未来航空航天等领域中镍基高温合金构件的重要制备工艺。常见的镍基高温合金增材制造方法有粉末床熔化、定向能量沉积和电弧增材制造等,粉末床熔化被广泛用于制造高精度和复杂零件,但制造速度相对较慢,且设备和材料成本较高。定向能量沉积自由度和灵活性更高,可用于制备功能性梯度材料,但精度较低。电弧增材制造具有较低的设备成本和材料成本,适用于大型零件的快速制造,但其制备的合金表面粗糙度较差,需要进行额外的加工或后处理。在增材制造过程中被广泛研究的镍基高温合金包含IN625,Hastelloy X等固溶强化型和IN718,CM247LC,IN738LC等沉淀强化型高温合金。与传统的铸造和锻造方法相比,增材制造独特的逐层成型、快冷快热的制备过程带来了粗大的柱状晶粒组织和大量细小晶粒的独特微观组织,还形成了独特的熔池组织及位错胞结构。但是,通过增材制造得到的合金一般还需要进行热处理,对晶粒组织、析出相等进行调控,从而影响合金的力学性能。此外,增材制造镍基高温合金的力学性能还与具体制备方法和合金种类有关。尽管目前增材制造已被广泛用于镍基高温合金的制备,但仍面临组织与性能存在各向异性、高性能合金开裂敏感性高以及缺乏相应的规范和标准等问题,将来需要在热处理、专用合金的定制与开发、探索工艺-结构-功能关系以及计算建模等方面深入探索。 展开更多

关键词 增材制造 镍基高温合金 微观组织 力学性能

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多级孔金属材料研究进展 被引量：4

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作者 梁加淼 李东 +3 位作者 张震 周阳 王俊 孙宝德 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期3961-3978,共18页

多孔金属是一种内部含有大量孔隙的结构-功能一体化材料。随着服役环境的不断变化,人们对多孔金属的综合性能提出了越来越高的要求。与传统单级孔结构金属材料相比,多级孔金属由于具有两级甚至多级孔结构特征,展现出更加优异的综合性能... 多孔金属是一种内部含有大量孔隙的结构-功能一体化材料。随着服役环境的不断变化,人们对多孔金属的综合性能提出了越来越高的要求。与传统单级孔结构金属材料相比,多级孔金属由于具有两级甚至多级孔结构特征,展现出更加优异的综合性能,逐渐成为研究和关注的热点。本文简要综述了近些年国内外多级孔金属材料研究进展,其中多级孔金属制备工艺主要包括粉末烧结法、去合金化法以及增材制造法等;由于独特的孔结构,多级孔金属具有更好的过滤性能、毛细性能、催化性能以及力学性能,在过滤与分离、传热及能源等领域展现出诱人的应用前景。最后,对多级孔金属当前研究所面临的问题以及未来发展方向进行了讨论和展望。 展开更多

关键词 多级孔金属 制备工艺 过滤 毛细作用 力学性能

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铸造数值建模过程界面换热系数反算技术研究进展

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作者 张正烨 董安平 +3 位作者 隋大山 陈忠奉 桂大兴 孙宝德 《中国材料进展》 北大核心 2025年第6期540-551,共12页

铸造过程数值建模已经成为预测铸造缺陷、优化铸造工艺的一种关键有效工具。界面换热系数是铸造数值建模的重要边界条件之一,难以通过直接测量获取,常通过反算技术确定。反算技术具有非线性、计算量大和解不适定等特性,增加了反算求解... 铸造过程数值建模已经成为预测铸造缺陷、优化铸造工艺的一种关键有效工具。界面换热系数是铸造数值建模的重要边界条件之一,难以通过直接测量获取,常通过反算技术确定。反算技术具有非线性、计算量大和解不适定等特性,增加了反算求解的难度。综述了铸造数值建模过程中界面换热系数反算技术的研究现状和最新进展,归纳了界面换热系数的主要反算求解方法,并详细论述了基于反算法的界面换热系数对于铸造过程数值建模精度的影响。探讨了现有反算技术的不足和局限性,并提出了界面换热系数反算技术的未来研究方向和发展趋势。 展开更多

关键词 铸造 数值建模 边界条件 界面换热系数 反算技术

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大高径比K417镍基高温合金锭二次缩孔缺陷的数值模拟

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作者 谭庆彪 王博 +2 位作者 董鸿志 汪东红 祝国梁 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期64-69,共6页

利用ProCAST有限元分析软件对大高径比K417镍基高温合金铸锭充型及凝固过程进行数值模拟,模拟研究了合金锭在凝固过程中其二次缩孔缺陷形成位置、数量和成因,及浇注温度和浇注速度对二次缩孔缺陷的影响,并进行了试验验证。结果表明:数... 利用ProCAST有限元分析软件对大高径比K417镍基高温合金铸锭充型及凝固过程进行数值模拟,模拟研究了合金锭在凝固过程中其二次缩孔缺陷形成位置、数量和成因,及浇注温度和浇注速度对二次缩孔缺陷的影响,并进行了试验验证。结果表明:数值模拟得到的合金缩孔缺陷分布与实际生产的合金锭缺陷分布趋势一致,证明了数值模拟结果的准确性。提高浇注温度、降低浇注速度能在一定程度上抑制合金锭二次缩孔缺陷的形成,但无法完全消除缺陷,在1 530℃、浇注速度1.40 kg·s条件下,合金锭的缩孔缺陷最少。 展开更多

关键词 铸造镍基高温合金 浇注工艺 大高径比 二次缩孔缺陷 数值模拟

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静磁场辅助金属增材制造技术研究进展 被引量：2

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作者 杜大帆 董安平 +2 位作者 祝国梁 雷力明 孙宝德 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期311-322,共12页

增材制造作为一种新型的材料加工技术,具有制造周期短、材料利用率高和可制备结构复杂零件等优势,可以为定制形状复杂的产品开辟新途径,目前该技术在装备、材料、工艺、标准等方面都呈现迅猛发展之势,尤其在航空航天等高端制造领域展示... 增材制造作为一种新型的材料加工技术,具有制造周期短、材料利用率高和可制备结构复杂零件等优势,可以为定制形状复杂的产品开辟新途径,目前该技术在装备、材料、工艺、标准等方面都呈现迅猛发展之势,尤其在航空航天等高端制造领域展示出了极大的应用前景。然而,对增材制造金属材料的组织、缺陷演化机理尚不明确,极大地制约了增材制造技术的大规模应用。外加物理能场作为外界辅助手段可以直接对金属材料制备过程的物理变化和化学反应过程产生影响,因而被用来控制其变化或反应过程。在金属增材制造过程施加外部磁场,可以影响其微熔池冶金过程、微观组织和力学性能。介绍了静磁场对金属凝固过程的影响的基本效应,并着重介绍了静磁场对3种具有代表性的增材制造方法,即:激光定向能量沉积、粉末床激光熔融和电弧送丝增材制造方法的成形过程、组织和性能的影响机制,从材料、方法和应用的角度综述了静磁场辅助下金属增材制造领域的研究进展。此外,指出了静磁场辅助金属增材制造技术面对的挑战,并讨论了未来发展趋势。 展开更多

关键词 金属材料 增材制造 静磁场 组织 力学性能

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铝板搅拌摩擦加工后原位自生第二相颗粒及焊核区晶粒尺寸 被引量：2

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作者 陈吉 邓慕阳 +2 位作者 陈科(指导) 张澜庭 单爱党 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期5-8,共4页

对1060铝板进行了搅拌摩擦加工(FSP),通过在加工区添加钛粉的方法原位生成了第二相Al3Ti颗粒,研究了第二相颗粒的分布及焊核区晶粒尺寸。结果表明:在焊核区前进侧钛粉的弥散程度随FSP道次的增多而增大,4道次后基本呈弥散分布,并与铝反... 对1060铝板进行了搅拌摩擦加工(FSP),通过在加工区添加钛粉的方法原位生成了第二相Al3Ti颗粒,研究了第二相颗粒的分布及焊核区晶粒尺寸。结果表明:在焊核区前进侧钛粉的弥散程度随FSP道次的增多而增大,4道次后基本呈弥散分布,并与铝反应生成纳米级Al3Ti颗粒,该颗粒从界面处剥落后仍聚集于钛粉周围;第二相颗粒有效地限制了晶粒的长大,其数量较多的区域晶粒较细小,且在加工后热处理中几乎不发生长大。 展开更多

关键词 搅拌摩擦加工 原位自生 金属间化合物 第二相颗粒 晶粒

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脱合金制备纳米多孔金属在植入领域研究进展

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作者 李仲杰 董安平 +5 位作者 杜大帆 许浩 张婷 邢辉 祝国梁 孙宝德 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期304-313,共10页

纳米多孔金属因其特殊的结构带来的优异性能,在催化和能源等领域得到了广泛的应用。在医用植入领域,具有微/纳米尺度双连续多孔结构的仿生材料也逐渐引起重视,但目前传统的成型工艺很难实现该类结构的制备。近年来,由于纳米多孔金属与... 纳米多孔金属因其特殊的结构带来的优异性能,在催化和能源等领域得到了广泛的应用。在医用植入领域,具有微/纳米尺度双连续多孔结构的仿生材料也逐渐引起重视,但目前传统的成型工艺很难实现该类结构的制备。近年来,由于纳米多孔金属与人体骨骼中的多孔结构类似且具有良好的综合性能,开始被尝试引入医用植入领域以获得新型金属植入材料。现有研究发现,纳米多孔结构的金属材料在力学与生物学上均有着相对较好的性能表现,故在植入领域有着极大的应用潜力。聚焦于脱合金制备纳米多孔金属,系统综述了该类纳米多孔金属在植入领域的研究进展。首先介绍了常见的金属植入材料,然后重点阐述了脱合金法制备纳米多孔金属植入材料的具体制备工艺,并基于所制备的纳米多孔金属具有的结构特征列举了该类结构金属在植入领域的具体应用形式,最后对纳米多孔金属在植入领域的发展前景进行了展望。 展开更多

关键词 脱合金 纳米多孔 制备工艺 应用形式 金属植入材料 研究进展

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