镍基高温合金涡轮叶片定向凝固过程中热-力-位移的模拟与尺寸精度控制

基金项目类型：

国家自然科学基金

基金项目编号：

51374137

来源网站：

国家自然科学基金委员会

来源网址：

http://www.nsfc.gov.cn/

负责人：

许庆彦

完成单位：

清华大学

中文关键词：

高温合金; 涡轮叶片; 定向凝固; 热应力模拟; 尺寸精度控制;

项目类型：

面上项目

语种：

中文

开始日期：

2014-01-01

结束日期：

2017-12-31

中文摘要：

我国航空发动机单晶高温合金涡轮叶片合格率较低，与国际先进水平尚有较大差距，主要原因之一为叶片变形导致尺寸精度低。为解决这个问题，本项目将对单晶高温合金在定向凝固过程中的热-力-位移的耦合作用开展数值模拟研究。首先要采用实验的方法研究单晶高温合金和陶瓷型壳材料的高温力学性能、本构模型、以及二者之间的力学相互作用和界面换热系数，以便建立准确的力学、传热边界条件。其次，将采用简单的框形试件，通过试验与数值模拟相结合，研究铸件在熔模铸造过程中的热应力和热变形，对所建立的力学本构模型进行验证和改进。最后，根据上述所建立的单晶合金和陶瓷材料的高温力学本构模型、二者的力学相互作用及力学边界条件设置等，对叶片在定向凝固过程中热应力和热变形开展数值模拟研究，揭示热-力-位移的耦合作用机制，优化定向凝固工艺，提出叶片尺寸精度的控制策略。通过准确预测叶片在定向凝固过程中所需要的反变形量，为模具设计提供精确指导。