液态金属冷却法制备重型燃机定向结晶空心叶片凝固过程的实验与模拟

金属学报, 2015, 51(5): 603-611. doi: 10.11900/0412.1961.2014.00449

液态金属冷却法制备重型燃机定向结晶空心叶片凝固过程的实验与模拟

卢玉章 ^1, , 席会杰 ^2, , 申健 ^3, , 郑伟 ^4, , 谢光 ^5, , 楼琅洪 ^6, , 张健 ^7,

1.中国科学院金属研究所,沈阳,110016

2.哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,哈尔滨,150000

3.中国科学院金属研究所,沈阳,110016

4.中国科学院金属研究所,沈阳,110016

5.中国科学院金属研究所,沈阳110016;中国科学院金属研究所沈阳材料科学(联合)国家实验室,沈阳110016

6.中国科学院金属研究所,沈阳,110016

7.中国科学院金属研究所,沈阳110016;中国科学院金属研究所沈阳材料科学(联合)国家实验室,沈阳110016

基金项目: 国家高技术研究发展计划项目2012AA03A511和2012AA03A513及国家重点基础研究发展计划项目2010CB631201资助 Supported by High Technology Research and Development Program of China (Nos.2012AA03A511 and 2012AA03A513) and National Basic Research Program of China (No.2010CB631201)

关键词：液态金属冷却 , 定向凝固 , 重型燃机叶片 , 数值模拟

EXPERIMENTAL AND SIMULATION STUDY OF DIRECTIONAL SOLIDIFICATION PROCESS FOR INDUSTRIAL GAS TURBINE BLADES PREPARED BY LIQUID METAL COOLING

Keywords： liquid metal cooling , directional solidification , industry gas turbine blade , numerical simulation

利用高温度梯度定向凝固-液态金属冷却(LMC)技术制备了重型燃机定向结晶空心高压涡轮叶片,采用ProCAST有限元模拟软件计算了LMC定向凝固工艺下,不同抽拉速率时空心定向结晶叶片凝固过程的温度场、晶粒组织以及一次枝晶间距(PDAS),预测了抽拉速率对杂晶、雀斑等缺陷的影响.结果表明,模拟结果与实验结果吻合良好.随着抽拉速率增加,叶片的凝固速率、冷却速率均增加,远高于高速凝固法(HRS)的凝固速率、冷却速率;叶片不同部位达到最大纵向温度梯度时的抽拉速率不同,纵向温度梯度是评价定向工艺的有效方法;LMC工艺制备的燃机叶片消除了雀斑缺陷,PDAS远小于HRS工艺.

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