1 Разработка двигателей авиационной газовой турбины
По мере того, как требования к эффективности самолетов для транспорта, военных, производства и других целей увеличились, самые ранние поршневые двигатели больше не могли отвечать потребностям высокоскоростного полета. Следовательно, с 1950 -х годов двигатели газовых турбин постепенно становятся мейнстримом.
В 1928 году сэр Фрэнк Уиттл из Соединенного Королевства отметил в своем выпускном тезисе «будущее развитие в области самолетов» во время обучения в военной академии, что при технических знаниях в то время будущее развитие двигателей винта не могло адаптироваться к потребностям высокой высоты или скорости полета, превышающих 800 км/ч. Сначала он предложил концепцию того, что сейчас называется реактивным двигателем (двигатель моторного двигателя): сжатый воздух предоставляется в камеру сгорания (сжигание) через традиционный поршень, а высокотемпературный газ, созданный напрямую, используется для продвижения полета, который можно рассматривать как двигатель винта, а также конструкция камеры сжигания. В последующих исследованиях он отказался от идеи использования тяжелого и неэффективного поршня и предложил с использованием турбины (турбины) для обеспечения сжатого воздуха в камеру сгорания, а мощность турбины была получена из высокотемпературного выхлопного газа. В 1930 году Уиттл подал заявку на патент, а в 1937 году он разработал первый в мире центробежный турбоужарный двигатель, который в 1941 году официально использовался в авиационной мощности Gloster E.28/39.
Авиационные двигатели можно разделить на четыре основных типа в соответствии с их использованием и структурными характеристиками: двигатели турбоевта, турбовентивные двигатели, двигатели турбоссафта и двигатели турбовинтового оборудования:
Двигатели авиационной газовой турбины называются двигателями с турбоятными двигателями, которые являются самыми ранними используемыми двигателями газовых турбин. С точки зрения того, как генерируется тяга, двигатели турбоев являются самыми простыми и наиболее прямыми двигателями. Рассуждение зависит от силы реакции, вызванной высокоскоростной инъекцией вихря. Тем не менее, высокоскоростный воздушный поток отнимает много тепла и кинетической энергии одновременно, вызывая большую потерю энергии.
Турбовененный двигатель делит воздух, текущий в двигатель на два пути: внутренний проток и внешний проток, который увеличивает общий поток воздуха и снижает температуру выхлопных газов и скорость воздушного потока внутреннего воздуховода.
Двигатели турбоссафта и турбовинтового двигателя не генерируют тягу при инъекции воздушного потока, поэтому температура и скорость выхлопа значительно снижаются, тепловая эффективность относительно высока, а скорость расхода топлива двигателя низкая, что подходит для самолетов на большие расстояния. Скорость пропеллера обычно не меняется, и различные тяги получают путем регулировки угла лезвия.
Двигатель Propfan - это двигатель между турбовинтовыми и турбовентирующими двигателями. Его можно разделить на двигатели пропфана с пропиллельными случаями и двигателями пропфана без протяженных пропеллеров. Двигатель Propfan является наиболее конкурентоспособным новым энергосберегающим двигателем, подходящим для дозвукового полета.
Гражданские аэрокосмические двигатели пережили более полвека развития. Структура двигателя эволюционировала от раннего центробежного турбинного двигателя до двигателя с однородным осевым потоком, от турбовантового двигателя с двумя роторами до турбофанного двигателя с низким уровнем обхода, а затем до турбовированного двигателя с высоким уровнем обхода. Структура была постоянно оптимизирована с стремлением к эффективности и надежности. Температура на входе турбины была только 1200-1300 K в первом поколении турбоевских двигателей в 1940 -х и 1950 -х годах. Он увеличился примерно на 200 тысяч с каждым обновлением самолета. К 1980 -м годам температура на входе турбины в наступлении Advanced Fighter Jets четвертого поколения достигла 1800-2000 K [1].
Принцип центробежного воздушного компрессора заключается в том, что рабочее колесо приводит газ вращаться на высокой скорости, так что газ генерирует центробежную силу. Из -за потока давления расширения газа в рабочее колесе скорость потока и давление газа после прохождения через рабочее колесо увеличивается, а сжатый воздух непрерывно производится. Он имеет короткий осевой размер и высокий одноступенчатый коэффициент давления. Воздушный компрессор AxialFlow - это компрессор, в котором воздушный поток в основном течет параллельно оси вращающегося рабочего колеса. Компрессор осевого потока состоит из нескольких стадий, каждая стадия содержит ряд лопастей ротора и последующий ряд лезвий статора. Ротор - это рабочие лезвия и колесо, а статор - это руководство. Воздух сначала ускоряется лопастями ротора, замедляется и сжавается в канале лезвия статора и повторяется в многоступенчатых лезвиях, пока общее соотношение давления не достигнет требуемого уровня. Компрессор осевого потока имеет небольшой диаметр, который удобен для многоступенчатого тандемного использования для получения более высокого отношения давления.
Турботенфанные двигатели обычно используют коэффициент обхода, коэффициент давления двигателя, температуру турбины и коэффициент давления вентилятора в качестве параметров проектирования:
Коэффициент обхода (BPR): соотношение массы газа, протекающего через выпускные воздуховоды к массе газа, проходящего через внутренние каналы в двигателе. Ротор в передней части турбоукжера обычно называют компрессором низкого давления, а ротор в передней части турбовентивного двигателя обычно называют вентилятором. Газ под давлением, проходящий через компрессор низкого давления, проходит через все части турбоевского двигателя; Газ, проходящий через вентилятор, делится на внутренние и внешние каналы. С момента появления турботентированных двигателей BPR растет, и эта тенденция особенно очевидна в двигателях гражданских турбовентов.
Коэффициент давления двигателя (EPR): соотношение общего давления на выходе сопла к общему давлению на входе компрессора.
Импература входа турбины: температура выхлопной камеры сгорания, когда она попадает в турбину.
Коэффициент сжатия вентилятора: также называется коэффициентом сжатия, соотношение давления газа на выходе компрессора к давлению газа на входе.
Две эффективность:
Тепловая эффективность: мера того, насколько эффективно двигатель преобразует тепловую энергию, генерируемую сжиганием в механическую энергию.
Эффективность движения: мера доли механической энергии, генерируемой двигателем, который используется для продвижения самолета.
第一篇结束
2 развитие турбинного лезвия
Итеративное развитие
В качестве примера, взяв турботендованного двигателя, стоимость лезвий составляет целых 35%, и они являются критически важным компонентом в производстве авиационных двигателей. В двигателе есть 3, 000 до 4, 000 авиационных лопастей, которые можно разделить на три категории: лопасти вентилятора, лопасти компрессора и лопасти турбины. Стоимость турбинных лопастей является самой высокой, достигающей 63%. В то же время они также являются лезвиями с самыми высокими трудностями в производстве и стоимостью производства в турботентированных двигателях [2].
В 1970 -х годах Соединенные Штаты были первыми, кто использовал лезвия направленного затвердевания PWA1422 в военных и гражданских авиационных двигателях.
После 1980-х годов соотношение тяги к двигателю третьего поколения увеличилось до более чем 8, и лопасти турбины начали использовать SX первого поколения, PWA1480, Renén4, CMSX -2 и Китай DD3. Его температурная способность на 80 тысяч выше, чем у наилучшего направленного затвердевания, отлитого высокотемпературного сплава PWA1422. Преимущества. В сочетании с одноканальной полой технологией охлаждения пленки рабочая температура турбинных лопастей достигает 1600-1750 k. Полем
Турбовененный двигатель четвертого поколения использует SXPWA1484, Renén5, CMSX -4 и DD6. Добавляя элементы RE и многоканальную технологию воздушного охлаждения высокого давления, рабочая температура лопастей турбины достигает 1800K -2000 K. На 2000к и 100 ч продолжительная сила достигает 140 МПа.
SX третьего поколения, разработанный после 1990-х годов, включает в себя Renén6, CMRX -10, и DD9, которые имеют очень очевидные преимущества прочности ползучести по сравнению с SX второго поколения. Под защитой сложных каналов охлаждения и термических барьерных покрытий температура на входе турбины она может выдержать 3000 тыс. Интерметаллический составной сплав, используемый в лезвиях, достигает 2200 тыс., И длительная прочность на 100 часов достигает 100 МПа.
В настоящее время находится SX четвертого поколения, представленное MC-NG [4], TMS -138 и т. Д., И SX пятого поколения, представленного TMS -162 и т. Д. Его состав характеризуется добавлением новых редкоземельных элементов, таких как RU и PT, что значительно улучшает высокую температуру Creep производительности SX. Рабочая температура высокотемпературного сплава высокого уровня пятого поколения достигла 1150 градусов, что близко к теоретической предельной рабочей температуре 1226 градусов.
3 Разработка монокристаллических суперпладолизок на основе никеля
3.1 Характеристики композиции и фазовый состав никелевых монокристаллических суперсплавов
В соответствии с типом матричных элементов, высокотемпературные сплавы могут быть разделены на железо на основе никеля и кобальт, а также подразделяются на макроструктуры для литья, ковки и порошковой металлургии. Сплавы на основе никеля обладают лучшими высокотемпературными характеристиками, чем два других типа высокотемпературных сплавов, и могут долго работать в суровых высокотемпературных средах.
Высокотемпературные сплавы на основе никеля содержат не менее 50% Ni. Их структура FCC делает их очень совместимыми с некоторыми легирующими элементами. Количество легирующих элементов, добавленных во время процесса проектирования, часто превышает 10. Общность добавленных сплавных элементов классифицируется следующим образом: (1) Ni, Co, Fe, Cr, Ru, RE, MO и W являются первоклассными элементами, которые служат элементами Austenite, стабилизирующие элементы; (2) Al, Ti, Ta и Nb имеют большие атомные радиусы, которые способствуют образованию фаз укрепления, таких как соединение Ni3 (Al, Ti, Ta, Nb), и являются элементами второго класса; (3) B, C и Zr являются элементами третьего класса. Их атомный размер намного меньше, чем у атомов Ni, и они легко разделены на границы зерна фазы, играя роль в укреплении границ зерна [14].
Фазы монокристаллических высококристаллических сплавов на основе никеля в основном: Фаза, Фаза, Фаза карбида и топологическую плотную фазу (фаза TCP).
Фаза: Фаза представляет собой фазу аустенита с кристаллической структурой FCC, которая представляет собой твердый раствор, образованный такими элементами, как CR, MO, CO, W и RE, растворяемый в никеле.
«Фаза:« Фаза представляет собой меметаллическое соединение Ni3 (Al, ti) FCC, которое образуется в качестве фазы осадков и поддерживает определенную когерентность и несоответствие с матричной фазой и богата Al, Ti, TA и другими элементами.
Фаза карбида: начиная с второго поколения SX на основе никеля, добавляется небольшое количество C, что приводит к появлению карбидов. Небольшое количество карбидов рассеивается в матрице, что в определенной степени улучшает высокотемпературные характеристики сплава. Обычно он разделен на три типа: MC, M23C6 и M6C.
Фаза TCP: в случае старения обслуживания чрезмерные рефрактерные элементы, такие как CR, MO, W и RE, способствуют осаждению фазы TCP. TCP обычно образуется в виде тарелки. Структура пластины оказывает негативное влияние на свойства пластичности, ползучести и усталости. Фаза TCP является одним из источников разрыва ползучести.
Механизм укрепления
Сила суперсплавов на основе никеля обусловлена связью множественных механизмов укрепления, включая укрепление твердого раствора, укрепление осадков и термообработку для увеличения плотности дислокации и развития дислокационной подстроки для обеспечения укрепления.
Сплошное упрочнение раствора заключается в улучшении основной силы, добавляя различные растворимые элементы, включая CR, W, CO, MO, RE и RU.
Различные атомные радиусы приводят к определенной степени искажения атомной решетки, что ингибирует движение дислокации. Усиление твердого раствора увеличивается с увеличением разницы в атомных размерах.
Усиление твердого раствора также имеет эффект снижения энергии разлома штабелирования (SFE), в основном ингибирующего дислокационного перекрестного скольжения, который является основным режимом деформации недейских кристаллов при высоких температурах.
Атомные кластеры или микроструктуры краткосрочного порядка являются еще одним механизмом, который помогает получить укрепление с помощью твердого раствора. Повторные атомы в SX разделяют в области растягивающего напряжения сердечника дислокации на границе / ', образуя «атмосферу коттрелла», которая эффективно предотвращает движение дислокации и распространение трещин. (Атомы растворенного вещества концентрируются в области растягивающего стресса дислокаций края, уменьшая искажение решетки, образуя структуру газа кориолиса и создавая сильный эффект укрепления твердого раствора. Эффект увеличивается с увеличением концентрации атома растворенного вещества и увеличением разности размеров).
Re, w, mo, ru, cr и co эффективно укрепляют фазу. Укрепление твердого раствора матрицы играет чрезвычайно важную роль в силе ползучести высокотемпературных сплавов на основе никеля.
Эффект упрочнения осадков влияет объемная фракция и размер фазы. Цель оптимизации состава высокотемпературных сплавов в основном состоит в том, чтобы увеличить объемную долю фазы и улучшить механические свойства. Высокотемпературные сплавы SX могут содержать 65% -75% фазы, что приводит к хорошей прочности ползучести. Это представляет собой полезное максимальное значение эффекта укрепления границы раздела / ', и дальнейшее увеличение приведет к значительному снижению прочности. Прочность на ползучести высокотемпературных сплавов с высокой «фракцией фазовой объема влияет размер» частиц «фазы. Когда размер фазы невелик, дислокации, как правило, поднимаются вокруг него, что приводит к снижению прочности ползучести. Когда дислокации вынуждены сократить фазу, прочность ползучести достигает максимума. По мере увеличения размера частиц фазы дислокации имеют тенденцию сгибаться между ними, что приводит к снижению прочности ползучести [14].
Есть три основных механизмы укрепления осадков:
Усиление несоответствия решетки: «Фаза диспергируется и ускоряется в фазовой матрице когерентным образом. Оба являются структурами FCC. Несоответствие решетки отражает стабильность и состояние напряжения когерентного границы между двумя фазами. Лучший случай заключается в том, что матрица и осажденная фаза имеют одинаковую кристаллическую структуру и параметры решетки той же геометрии, так что в фазе можно заполнить более осажденные фазы. Диапазон высокотемпературных сплавов на основе никеля составляет 01%. RE и RU, очевидно, разделены с фазой. Увеличение RE и RU увеличивает несоответствие решетки.
Укрепление порядка: дислокационная резка вызовет расстройство между матрицей и осажденной фазой, требуя большей энергии
Механизм шунтирования дислокации: называемый механизм Orowan (Bowing Orowan), это механизм укрепления, в котором осажденная фаза в металлической матрице препятствует вывихе в движении от продолжения движения. Основной принцип: когда движущаяся дислокация сталкивается с частицами, она не может пройти, что приводит к обходу поведения, росту линии дислокации и увеличению требуемой движущей силы, что приводит к усилению эффекта.
3.3 Разработка методов литья сплавов высокотемпературных сплавов
Самый ранний сплав, используемый в высокотемпературных средах, может быть прослежен до изобретения нихрома в 1906 году. Появление турбо компрессоров и двигателей газовых турбин стимулировало существенное развитие высокотемпературных сплавов. Лезвия первого поколения двигателей газовых турбин были получены путем экструзии и ковки, что, очевидно, имело ограничения времени. В настоящее время лопасти с сплавами с помощью высокотемпературных сплавов в основном производятся за счет инвестиционного литья, в частности, направленного затвердевания (DS). Метод DS был впервые изобретен командой Versnyder Pratt & Whitney в Соединенных Штатах в 1970 -х годах [3]. За десятилетия развития предпочтительный материал для турбинных лопастей изменился от эквиасиасированных кристаллов до столбчатых кристаллов, а затем оптимизировался на монокристаллические высокотемпературные сплавные материалы.
Технология DS используется для производства компонентов сплавов сплавов Core-сплава, что значительно улучшает пластичность и устойчивость к тепловому шоку высокотемпературных сплавов. Технология DS гарантирует, что полученные столбчатые кристаллы имеют ориентацию [001], которая параллельна основной оси напряжения детали, а не случайной ориентации кристаллов. В принципе, DS необходимо обеспечить, чтобы затвердевание расплавленного металла в литье проводилось с помощью жидкого корма, который всегда в только что обоснованном состоянии.
Литье столбчатых кристаллов должно соответствовать двум условиям: (1) односторонний тепловой поток гарантирует, что граница с твердым жидником в точке роста зерна движется в одном направлении; (2) Не должно быть зарождения перед направлением движения границы с твердым жидкостью.
Поскольку разрушение лезвия обычно происходит в высокой температурной слабых структурах границы зерна, чтобы устранить границу зерна, в процессе затвердевания направленного используется форму затвердевания со структурой «селектора зерна». Размер поперечного сечения этой конструкции близок к размеру зерна, так что только одно оптимально выращенное зерно попадает в полость формы литья, а затем продолжает расти в форме монокристалла, пока весь лезвие не состоит только из одного зерна.
Кристаллический селектор можно разделить на две части: стартовый блок и спираль:
В начале процесса DS зерна начинают зародить в нижней части стартового блока. На ранней стадии роста зерна число большое, размер невелик, а разность ориентации большая. Конкурентное поведение роста между зернами доминирует, и геометрический эффект блокировки боковой стенки слабый. В настоящее время эффект оптимизации ориентации очевиден; Когда высота зерен в стартовом блоке увеличивается, количество зерен уменьшается, размер увеличивается, а ориентация близка. Конкурентное поведение роста между зернами уменьшается, и геометрический эффект блокировки боковой стенки доминирует, гарантируя, что направление кристалла может быть непрерывно оптимизировано, но эффект оптимизации ориентации ослаблен. Уменьшая радиус стартового блока и увеличивая высоту стартового блока, ориентация зерен, попадающих в спиральную секцию, может быть эффективно оптимизирована. Однако увеличение продолжительности стартового блока сократит эффективное пространство роста литья и даст вам производственный цикл и затраты на подготовку. Следовательно, необходимо разумно разработать геометрическую структуру субстрата.
Основная функция спирали состоит в том, чтобы эффективно выбирать монокристаллы, а возможность оптимизировать ориентацию зерна слаба. Когда процесс DS проводится в спирали, изогнутый канал обеспечивает пространство для роста ветвь дендрита, а вторичные дендриты зерен продвигаются в направлении линии Liquidus. Зерна имеет сильную тенденцию к боковой разработке, а ориентация зерен находится в колеблющемся состоянии, со слабым эффектом оптимизации. Следовательно, выбор зерен в спирали в основном зависит от преимущества геометрического ограничения, конкурентного преимущества роста и преимущества пространственного расширения зерен в спиральном сегменте [7], а не преимущества роста предпочтительной ориентации зерен, что имеет сильную случайность [6]. Следовательно, основная причина неспособности выбора кристаллов заключается в том, что спираль не играет роль монокристаллического отбора. Увеличивая внешний диаметр спирали, уменьшая шаг, диаметр спиральной поверхности и уменьшая начальный угол, эффект выбора кристаллов может быть значительно улучшен.
Приготовление полых монокристаллических турбинных лопастей требует более десятка этапов (плавание сплавов мастера, препарат монокристаллической мембраны, сложная конфигурация керамического ядра, литье расплава, затвердевание направления, термообработка, обработка поверхности, препарат термического барьера и т. Д.). Сложный процесс подвержен различным дефектам, таким как бродячие зерна, веснушки, границы с небольшим углом, кристаллы полосы, отклонение ориентации, перекристаллизация, большие границы зерна и разрушение кристалла.
第2篇结束
4 Формирование дефектов в процессе DS
Поскольку структура передовых лопастей турбины становится более сложной и большей по размеру, различные дефекты затвердевания, такие как бродячие зерна, веснушки, границы зерен с низким углом, полосатые кристаллы, отклонение ориентации, рекристаллизация, границы зерна с высоким углом и сбой выбора кристаллов, скорее всего, возникают во время процесса роста однокристаллов. Кастинг турбинных лезвий в виде монокристаллов является значительной проблемой для литейных заводов.
Проблемы, существующие в лезвиях монокристаллических турбин, в основном сосредоточены в процессе роста, что тесно связано со структурой и процессом роста лезвий монокристаллических турбин. Во-первых, корпус лезвия турбинного лезвия является тонким, тонон является толстым и большим, форма поперечного сечения вариабельна, кривизна сильно варьируется, внутренняя структура охлаждения чрезвычайно сложна, и существует множество микроструктур, таких как отверстия воздушной плесени и колонны спойлера, которые приводят к извилистым и вариабельным путям дендрита и определению роста, которые могут легко вызвать дендритные девамиоции и владетельные дендритные девамиоции и вновь ослабление и стилетионирование, и вновь создавать уплотнение и основания, которые могут вызвать дендрирование и владеление в области развития и определения. дефекты. Более серьезно, увеличение размера турбинного лезвия расширит путь роста монокристалла, особенно на дальнем конце пластинки с водяной охлаждением. На более поздней стадии роста монокристаллов градиент температуры резко уменьшается с увеличением расстояния, что приводит к расходящимся дендритам и увеличению тенденции формирования дефектов затвердевания [6].
Берегнутые зерна
Захватываемые кристаллы относятся к аморфным областям между границами зерен или кристаллами, образованными двумя или более кристаллами, переплетающимися, сталкивающимися или растущими в материале. В краевой пластине турбинного лезвия SX поперечное сечение литья будет испытывать внезапное изменение геометрического размера, а распределение температурного поля в этой области очень сложное; Во время процесса затвердевания лезвия сплава, охлаждение на краю литья, превышает критическое зародышевое охлаждение сплава, что приводит к гетерогенному зарождению примесей на краю литья, образуя кристаллы бродяги с краями [9].
Предыдущие исследования показали, что, когда размер краевой пластины невелик, дендриты высшего порядка исходных зерен растут в краевую пластину, а кристаллы бродяги не образуются. Когда размер краевой пластины увеличивается, большое количество мелких кристаллов бродяги сначала образуется во внутренних углах краевой пластины, и несколько кристаллов бродяги растут в краевую пластину в форме дендритов, подавляя исходные зерна в центре краевой пластины [6]. По мере того, как размер краевой пластины продолжает увеличиваться, на краю краевой пластины наблюдается большое недостаточное прохладное охлаждение, жидкость сплава быстро затвердевает, и генерируется большое напряжение усадки затвердевания; Производительность рассеяния тепло в области перехода на лезвие пластин является плохим, невелика подхлаждения, а генерируемые дендриты сломаны с помощью напряжения усадки, образуя кристаллы баллонов, которые растут к центру краевой пластины [9]. Согласно экспериментальным исследованиям, снижение высоты платформы, увеличение длины платформы, внешняя сторона платформы и состав сплава с высоким содержанием рефрактерных элементов (RE, W, TA, HF) - все это увеличивает тенденцию формирования кристаллов примесей [10].
Образование кристаллов примесей на краевой пластине можно контролировать, оптимизируя процесс затвердевания направления (снижение скорости затвердевания), локальную обработку облицовки (покрытие материалами теплопротивки) и добавление системы посева.
FРекл
На более поздней стадии роста монокристаллических лезвий, особенно на расстоянии от тарелки с водяной охлаждением, легко сформировать некоторые цепные, тонкие эквиасиатированные зерна, параллельные направлению роста кристалла. Поскольку поверхность дефекта после макроскопической коррозии показывает явные пятна, она называется веснушками или веснушками. В настоящее время структура турбинных лопастей имеет тенденцию быть сложной, и содержание элементов сплавов с высокой точки зрения в сплаве продолжается увеличиваться, что приводит к увеличению тенденции образования веснушек.
Механизм формирования веснушек в основном вызван конвекцией сплавной жидкости, вызванной сегрегацией растворенного вещества во время затвердевания, а также связан с перепланированием вторичных дендритов и отклонением первичных дендритов. В процессе DS W и RE обогащены в области стебля дендрита, а AL и TA обогащены в сплавной жидкости между дендритами. Существует разница в плотности между первым и последним. По мере того, как мягкая зона укрепляется, разница между плотностью сплавной жидкости в мягкой зоне и плотностью жидкости на фронте затвердевания увеличивается. Распределение плотности тяжелого верхнего и легкого дна приводит к тому, что жидкость сплава в мягкой зоне подвергается восходящей плавучести. Когда вязкое сопротивление сплавной жидкости в мягкой зоне превышено, жидкость сплава в мягкой зоне будет конверта между дендритами и образует конвекционный канал определенной ширины в мягкой зоне. Поток этой сплавной жидкости растает или разбивает дендриты, образуя фрагменты дендрита. Если эти дендритные фрагменты не имеют времени вытекать из канала с жидкостью сплав и оставаться в канале, они будут образовывать пятна на поверхности литья, когда канал затвердевает [11].
Увеличение содержания компонентов сплава TA и AL и сокращение содержания W и RE может помочь уменьшить тенденцию к формированию веснушек. В процессе DS увеличение скорости тяги и повышение температурного градиента может снизить тенденцию образования веснушек. Вибрация может значительно ослабить конвекцию жидкой фазы во время затвердевания направления, тем самым снижая тенденцию образования веснушек.
Низкий угол зерна границы
Образование границ зерна с низким углом связано с отклонениями ориентации дендритов, вызванных деформацией дендритов: (1) термомеханическое напряжение, создаваемое осадком «фазы во время стационарного роста; (2) обструкция и экструзия оболочки плесени вызывают напряжение усадки в дендритах; (3) Растворенная конвекция, вызванная неравномерным температурным полем в мягкой зоне и асимметричной силой на дендритах, приводит к пластической деформации дендритов, что запускает кумулятивное изменение ориентации дендритов. Граница зерна с низким углом образуется на соединении отклоненного дендрита и исходного нераздельного дендрита.
Когда монокристаллическое лезвие большого размера затвердевает, раздела S/L трудно поддерживать плоское состояние (вогнутое, когда скорость тяги высокой и выпуклой, когда скорость тяги низкой). Направление градиента температуры границы раздела не напряженного S/L не совпадает с осевым направлением образца. Любые колебания в процессе затвердевания могут вызвать изменения ориентации, тем самым образуя границы зерен с низким углом. Эти колебания могут привести к росту некоторых дендритов в нестационарном состоянии во время процесса роста от зоны расширения до тела лезвия, что приводит к углу границы зерна с низким углом зерна лезвия, в основном концентрированной в диапазоне 2 градуса -6 степени. Это определяется свойствами затвердевания сплава, и трудно найти разумный способ избежать его [12].
Количество границ зерна с небольшим углом в зоне разгибания значительно ниже, чем в корпусе лезвия, а угол разочарования также намного меньше, но количество мест с углами разочарования менее 2 градусов в зоне удлинения и корпус лезвия сопоставимы, что указывает на то, что они имеют сопоставимые способности для получения мелких обесцвечиваний. Это связано с тем, что зона разгибания находится на ранних стадиях роста монокристаллов, и большинство дендритов демонстрируют устойчивый рост, в то время как количество дендритов в стационарном росте в зоне разгибания и корпуса лезвия сопоставимо.
Полосатый кристалл
Поперечные кристаллы являются типом узкого линейного дефекта на поверхности литья, в основном встречающиеся в верхней части лезвия литья. Как правило, они имеют ширину около 1 мм и от нескольких до десятков мм длиной, с идентифицируемой исходной позицией. Как правило, они исчезают после роста на несколько сантиметров, но они также могут расширяться по боковому лезвию, превращаясь от линейного дефекта до трехмерного крупномасштабного дефекта и превращаясь в разное кристаллическое дефект. Направление кристалла полоса всегда согласуется с направлением роста дендрита в этом месте.
Появление кристаллов полоса связано с тем, что основной ствол одного дендрита на поверхности литья срывается в мягкой зоне, но сварка остаточной жидкостью, демонстрируя очевидную отправную точку. Основная причина этого разрыва состоит в том, что усадка дендрита, вызванная адгезией раковины, сильно затруднена, или прочность дендрита сильно повреждена из -за резки включения. Разрыв дендрита будет подвергаться определенной степени общего прогиба, образуя узкое зерно, заключенное в небольшую границу зерна на структуре матрицы [12].
Перекристаллизация
SX в основном состоит из фазы и фазы в форме эвтектической комбинации. Когда локальная энергия высока из -за концентрации напряжения деформации в локальной области поверхности, а затем, когда она достигает определенной температуры в последующем нагревании, фаза растворяется в сплаве с монокристаллическим сплавом. После растворения очень легко сформировать клеточную структуру в области растворения фазы. Поверхностная рекристаллизация SX впервые начинается в области дендритного стержня поверхности. Первоначальная организация сотовая. Затем зерна начинают постепенно расти в область эвтектической фазы / ', содержащую грубую «фазу». Рост рекристаллизованного зерна сопровождается четким интерфейсом между «кристаллическими зернами и матрицей» [13]. Важное условие для образования рекристаллизованных зерен: растворение фазы актеров.
