《定向凝固單晶渦輪葉片的再結晶數值模擬》是依託清華大學，由許慶彥擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：定向凝固單晶渦輪葉片的再結晶數值模擬
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：許慶彥
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
單晶渦輪葉片的再結晶缺陷導致葉片不合格，影響了葉片的交付。本項目通過數值模擬和實驗研究相結合的方法，對單晶高溫合金葉片在熱處理過程中產生的再結晶開展研究。採用流變學模型和熱彈塑性模型對單晶葉片定向凝固過程的熱應力進行數值模擬，採用晶體塑性有限元對變形儲能分布進行預測。基於變形儲能分布，建立熱處理過程中再結晶的形核與長大模型，採用改進的Cellular Automaton方法模擬再結晶。開發具有自主智慧財產權的單晶葉片再結晶數值模擬軟體，研究殘餘應力及變形對再結晶形成的影響，研究再結晶的形成過程、形成機理，並揭示殘餘變形對再結晶形成的作用規律。這對於提高我國單晶葉片的質量、提高我國先進航空發動機的水平具有重要的國防價值，對於我們理解單晶高溫合金葉片的再結晶現象也具有重要的理論意義。
結題摘要
在單晶高溫合金葉片的製造過程中，經常發生再結晶現象，導致葉片合格率低，嚴重影響了葉片的交付。通過數值模擬和實驗研究相結合的方法，對單晶高溫合金葉片在熱處理過程中產生的再結晶開展研究，對於消除製造過程中產生的再結晶缺陷、提高我國單晶葉片的質量具有重要的國防價值，對於我們深入理解單晶高溫合金葉片的再結晶現象也具有重要的理論意義。 本項目在國內外率先開展了單晶高溫合金再結晶的建模與仿真研究工作，並開展了再結晶機理與數理建模研究。主要取得了如下創新成果： (1)考慮單晶正交各向異性特點，建立了熱彈塑性模型，並通過相關實驗數據驗證了模型的有效性。基於ABAQUS通用有限元軟體，採用熱力耦合得到單晶高溫合金定向凝固過程的應力應變分布，可以半定量預測葉片鑄件中再結晶組織的形成。 (2)研究了熱處理和變形過程中再結晶的機理。研究發現，晶向、鑄態枝晶組織、變形溫度及塑性變形量都會影響單晶高溫合金的再結晶行為。晶向通過影響塑性變形的分布影響再結晶行為；在較低溫度下，再結晶首先在枝晶乾區域迅速形核長大，在枝晶間通過大量孿晶的方式形核長大，最終枝晶間形成細小的晶粒；共晶組織區域在小變形量條件下阻礙再結晶晶界的推移，而在大變形量條件下優先形核長大。在相同塑性變形的條件下，變形溫度對再結晶行為有較大影響，980C左右變形的樣品極易發生再結晶。 (3)考慮了鑄態枝晶組織對再結晶的影響，動力學參數綜合考慮擴散及第二相粒子溶解等因素，建立了單晶高溫合金再結晶微觀組織演變的CA模型。模型可以較好地預測出再結晶過程中出現的枝晶狀的再結晶組織及最終組織中的不規則晶界。
