静磁场下IN718合金SLM微熔池凝固组织演变及强韧化机制研究
批准号:
52071205
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
董安平
依托单位:
学科分类:
金属材料制备与加工
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
董安平
中文摘要
随着选区激光熔化(selected laser melt, SLM)成型工艺在航空航天和高端装备制造领域的快速推广应用,基于拓扑结构设计并具备复杂形状的高性能镍基高温合金SLM零件需求日益增加。目前由于缺乏对微小熔池的凝固过程的控制和缺陷产生机理的研究,使“缺陷、变形与尺寸超差”成为制约金属构件SLM成形技术发展和应用的三大难题。本项目选择大量用于航空发动机热端部件的IN718合金为研究对象,通过外加静磁场对SLM熔池流动进行主动控制,定量化描述静磁场条件下熔池在超高温度梯度和强约束下的凝固行为,研究静磁场作用下微熔池内多尺度热电磁效应及凝固组织演变规律,揭示静磁场下SLM成形的孔隙形成机理与抑制手段;构建“熔道表面形貌-孔隙-微观组织”的相关性,揭示静磁场作用下SLM合金强韧化机制,为SLM及其他激光增材成型零件的可控制备提供理论依据。
英文摘要
With the rapid promotion and application of selective laser melting (SLM) in aerospace and high-end equipment manufacturing; the demand for nickel-based superalloy SLM parts with complex shape based on topological structure design is increasing. Due to the lack of understanding of solidification process and effective research on the mechanism. Defects, deformation, defects, and size tolerance have become three major problems in the development and application of SLM forming technology. In this project, IN718 SLM parts used for hot end parts of aero-engine is selected as the research object, the external static magnetic field is applied to the SLM molten pool to study the solidification behavior of the molten pool under the condition of ultra-high temperature gradient and strong constraint quantitatively. The multi-scale thermoelectric magnetic effects and solidification structure evolution rule in the molten pool under the effect of static magnetic field are studied, the mechanism and contorl method of porosity in SLM under the static magnetic field will be studied. The research results will show that the strength and toughening mechanism of SLM alloy with the assistance of static magnetic field, which also provides a theoretical basis for the controllable preparation of SLM and other laser fabricated parts.
镍基高温合金增材制造构件的孔洞和裂纹缺陷限制了其在航空航天领域的广泛应用。目前控制缺陷的方法主要是通过扫描参数的优化和后期热处理。由于缺陷形成过程不明,形成机理尚未厘清,使得缺陷控制手段无法满足应用需求。100微米熔池尺度的热电磁效应可以通过改变匙孔形貌和气泡运动,从而影响孔洞缺陷的数量和大小;2微米枝晶尺度的热电磁效应则可以通过改变微观偏析进而影响裂纹缺陷的形成。项目拟运用实验研究、同步辐射原位观察和数值模拟相结合系统分析不同尺度热电磁效应的诱发机理,甄别不同尺度热电磁效应对流场和温度场的作用机制,揭示热电磁效应与缺陷形成的关联关系。研究基于Inconel718合金激光粉末床熔融过程磁场作用下孔洞和裂纹缺陷形成规律的研究,探明熔池凝固过程产生的多尺度热电磁效应对流场和温度场的影响机理。系统地研究多尺度热电磁效应对AlSi10Mg合金LPBF过程组织和缺陷影响机理。LPBF过程的基本成型过程是粉末的熔化和凝固过程,当前相关研究多集中于打印参数变化对缺陷形成的影响,对于缺陷形成的机理研究较少。本研究提出通过施加静磁场对LPBF过程微熔池动力学和热力学过程进行主动控制,探究LPBF过程缺陷形成机理及调控方法,不仅有助于深化对LPBF缺陷形成机理的理解,也为静磁场辅助调控LPBF过程缺陷提供理论基础。
航空发动机用超纯净K4169合金氧氮和非金属夹杂去除机理
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批准号:U1760110
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项目类别:联合基金项目
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资助金额:50.0万元
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批准年份:2017
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负责人:董安平
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依托单位:
复杂受限空间中强制对流条件下镍基高温合金凝固组织演变机制
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批准号:51771118
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2017
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负责人:董安平
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依托单位:
锌渣生成动力学及净化条件下锌浴中锌渣分布演变规律的基础研究
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批准号:51204110
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2012
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负责人:董安平
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依托单位:
国内基金
海外基金