När det gäller mekaniska egenskaper uppvisar GH4151-legeringen utmärkt hög-temperaturhållfasthet, oxidationsbeständighet och utmattningsbeständighet. Dess driftstemperatur kan nå 800 grader, vilket kan uppfylla kraven på motorturbinskivor med högt dragkraft-till-viktsförhållande. Mikrostrukturen hos denna legering består av en austenitmatris och finfördelade förstärkningsfaser. Dessa förstärkningsfaser (Ni3(Al,Ti)) är kärnmekanismen för legeringens utmärkta hög-temperaturhållfasthet och krypmotstånd. Tillämpning av ESR-process i nickel-baserade superlegeringar
Processen för omsmältning av elektroslagg (ESR) är en viktig metallraffineringsteknik, särskilt lämplig för framställning av nickel-baserade superlegeringar. Under skydd av slagg smälts och renas metallen, vilket effektivt tar bort oxidinneslutningar och kontrollerar skadliga element som svavel och fosfor. Genom sekundär omsmältning kan en jämnare kemisk sammansättning, finare mikrostruktur och högre utmattning och brottseghet erhållas.
För nickel-baserade superlegeringar har ESR-processen följande fördelar:
Förbättrar legeringsrenheten och minskar icke-metalliska inneslutningar
Förbättring av enhetligheten i legeringens mikrostruktur
Förbättra de mekaniska egenskaperna för hög-temperatur hos legeringen
Ökar utmattningslivslängden och brottsegheten hos legeringen
Den numeriska simuleringen av nickel-baserad superlegering ESR använder vanligtvis analysmetoden för finita element, och det huvudsakliga forskningsinnehållet inkluderar:
Simulering av smältbassängens flödesbeteende
Förutsägelse av temperaturfältsfördelning
Simulering av stelningsprocess
Analys av makroskopiskt segregationsfenomen
Vårt företag har etablerat en kontinuerlig makroskopisk segregationsmodell för att studera bildningsmekanismen för kanalsegregation under ESR-processen. Denna modell validerar den valda stelningsvägen genom termodynamiska beräkningsresultat och jämför kanalsegregeringsresultaten beräknade av den makroskopiska segregationsmodellen med experimentella data. Studien fann att bildandet av kanalsegregation är nära relaterat till smälthastigheten, vilket ger en vetenskaplig grund för att ställa in lämpliga processparametrar i faktisk produktion.
ESR processoptimeringsmetoder och teknologier
Optimeringen av nickel-baserad ESR-process för hög-högtemperaturlegering är en komplex process som involverar koordinerad reglering av flera processparametrar. För närvarande inkluderar de viktigaste optimeringsmetoderna och teknikerna:
Processparameteroptimering:
Kontroll av smälthastighet: Forskning visar att smälthastigheten har en betydande inverkan på bildandet av defekter som kanalsegregering
Optimering av slaggsammansättning: Att välja lämplig slaggsammansättning kan förbättra omsmältningseffektiviteten och metallkvaliteten
Justering av ström- och spänningsparametrar: Påverkar formen på den smälta poolen och värmefördelningen
Avancerad styrteknik:
Använda algoritmer för inlärning av djup förstärkning för att optimera processparametrar och bearbetningsvägar
Real-signalanalys och sluten-loopkontroll
Utforska processparameterutrymmet med hjälp av artificiell intelligensteknologi
Kvalitetskontrollstrategier:
Strikt kontroll av råvarans kvalitet
Optimering av värmebehandlingsprocessen
Implementering av onlineövervakning och defektdetektering
Smart Manufacturing System Engineering Center vid Shanghai University of Science and Technology föreslog ett omfattande optimeringsramverk baserat på djupa förstärkningsinlärningsalgoritmer för matchning av processparametrar och bearbetningsvägar, vilket ger nya idéer för optimering av ESR-processen för nickel-baserade hög-temperaturlegeringar. Denna metod kan avsevärt förbättra processstabilitet och produktkvalitet.
Den nickelbaserade-superlegeringen GH4151, som används som en hög-temperaturlegering för 800 graders turbinskivor, har utmärkta-högtemperaturegenskaper. ESR-processen är nyckeltekniken för att förbättra dess kvalitet. Genom numerisk simulering och processoptimering kan mikrostrukturens enhetlighet och mekaniska egenskaper hos legeringen förbättras avsevärt.
Framtida forskningsriktningar kan inkludera:
Utveckla mer exakta numeriska simuleringsmodeller
Utforska tillämpningen av artificiell intelligens i processoptimering
Studerar nya slaggsystem och elektrodmaterial
Utveckla onlineövervakning och intelligenta styrsystem
Med den kontinuerliga ökningen av dragkraften-till-viktförhållandet för flygplansmotorer kommer den nickel-baserade GH4151-superlegeringen och dess ESR-processoptimeringsteknik att spela en allt viktigare roll inom flyg- och rymdområdet.
