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超合金零件制造技术

涡轮叶片与涡轮盘制造技术

Neway 的先进制造技术涵盖采用单晶与定向凝固工艺的精密涡轮叶片铸造;通过 HIP 与先进锻造方法制造粉末冶金涡轮盘;以及将粉末合金与 HIP 扩散连接集成为一体的双性能涡轮盘全套技术,为新一代航空航天应用实现更高的耐久性与耐高温性能。

单晶枝晶显微组织细化技术

一次枝晶间距 λ 是单晶组织的关键特征尺度,也是质量检验的重要指标。λ 值越小,枝晶组织越细,铸件力学性能越好。目前国内外广泛采用 HRS 工艺生产高温合金单晶铸件。由于 HRS 工艺中温度梯度 G 较低,单晶铸件枝晶组织易偏粗。为满足高效 DS/SC 铸造需求,发展了诸如液态金属冷却(LMC)与气冷铸造(GCC)等改进技术。
单晶枝晶显微组织细化技术

技术

优势

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细晶技术

在辐射传热条件下,通过提高冷热区间的隔热效果使温度梯度成倍提升,显著减小枝晶间距。该新技术成本低、效果显著,已在单晶叶片生产中得到广泛应用。

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超细晶技术

在细晶技术基础上进一步发展,显著提升整套型壳外表面的传热效率,进一步增大温度梯度 G,缩小枝晶间距,并已取得显著效果。

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单晶导向叶片制备与多联一体铸造技术

与窄体动叶相比,导向叶片因其宽体结构更难制成单晶铸件。无论采用垂直或水平布置,单晶均难以从小尺寸选晶器顺利生长至宽边板,极易产生混晶缺陷。
单晶导向叶片制备与多联一体铸造技术

技术

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单片铸造成形法

对于双联或多联导向叶,边板面积呈指数级增加,制成单晶更加困难。通常采用单片铸造后再焊接的方式,但流程复杂,且焊缝渗漏常导致报废,已成为航空发动机制造中的突出难题。

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新型导向叶片制备工艺

通过叶片倾角装配,实现从选晶器到边板的渐变过渡,使叶身与边板沿倾斜向上方向顺序凝固,有效避免混晶缺陷,并显著减少铸件上表面的疏松缺陷。

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单晶导向叶片制备与多联一体铸造技术

单晶导向叶片铸造采用选晶或籽晶方法精确控制晶向,降低裂纹与夹杂等缺陷。通过优化晶体生长取向(如 [001]),显著提升高温部件(如涡轮叶片)的力学强度与耐热性能,广泛应用于航空航天与能源领域。
单晶导向叶片制备与多联一体铸造技术

技术

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选晶技术

在铸造过程中选择满足目标取向的晶体,受控实现单晶生长,以获得涡轮叶片所需的综合性能。

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籽晶法

采用预制籽晶控制生长晶体的取向,可同时更好地控制一次、二次晶向,对晶粒取向控制更为精准,但工艺更为复杂。

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籽晶法常见问题

铸造过程中可能出现籽晶未完全熔化、裂纹、夹杂与氧化等问题,影响单晶件的质量与结构完整性。

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改进效果

结合热处理与熔炼工艺的改进,籽晶法铸造可显著减少裂纹与夹杂等缺陷,且对晶向的控制更加稳定可控。

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晶向控制

单晶涡轮叶片铸造的关键环节,通过精确控制晶粒取向(尤其是目标方向)以优化强度与抗热应力能力等力学性能。

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单晶铸件晶体缺陷的综合控制技术

面向游离晶、雀斑、银丝、再结晶与小角度晶界等缺陷,通过优化凝固工艺、热处理与模具设计将缺陷最小化。该技术对高性能涡轮叶片与航空航天构件的制造至关重要。
单晶铸件晶体缺陷的综合控制技术

缺陷

描述

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游离晶

形成:冷却控制不当导致晶粒无序生长。
预防:提升温度梯度控制并确保定向凝固过程稳定。

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雀斑

形成:凝固时对流将杂质带入局部区域所致。
预防:优化模具中的热梯度并通过改进浇注条件降低对流影响。

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银丝

形成:凝固糊状区的不稳定导致。
预防:保持稳定的凝固参数并避免凝固前沿扰动。

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再结晶

形成:热处理期间温差引发晶粒长大与取向偏差。
预防:后续热处理保持一致的温度控制以避免再结晶。

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小角度晶界

形成:冷却中晶向轻微失配所致。
预防:优化冷却速率并确保均匀凝固以避免相邻晶粒失配。

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夹杂检测技术

夹杂检测技术利用体视显微镜、扫描电镜(SEM)与超声检测等手段,对金属粉末与涡轮构件中的杂质进行识别与分析。最小可检出尺寸约 0.4 mm,确保材料纯净与结构完整。该技术对航空航天与能源等高性能领域至关重要,微小缺陷亦可能影响安全与效率。
夹杂检测技术

技术

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夹杂检测装置

定制化检测装置结合多类设备,对粉末与致密材料中的夹杂进行识别与测量,实现高精度筛查与纯度控制,适用于超合金及其他高性能材料。

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显微与 SEM 分析

通过宏观与微观尺度的显微观察与成分分析,获取缺陷图像与准确信息,为工艺改进提供依据。

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超声检测

在不破坏构件的前提下检测内部缺陷,对航空航天与能源领域的高压涡轮盘等关键部件的结构完整性保障尤为重要。

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夹杂形貌分析

通过对夹杂的尺寸、形状与成分的研究,指导工艺优化与粉末冶金/铸造流程改进,以提升材料质量。

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小角度晶界

形成:冷却过程中晶向轻微失配所致。
预防:优化冷却速率并确保均匀凝固,避免相邻晶粒取向不一致。

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单晶叶片寿命预测

单晶涡轮叶片寿命预测通过试验与仿真评估蠕变、低周疲劳与热机械疲劳,并考虑晶向与晶界对服役寿命的影响。该技术服务于航空航天与电力领域,确保高应力涡轮环境下的可靠运行、优化维护并预防失效。
单晶叶片寿命预测

技术

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蠕变/疲劳试验

在长时应力(蠕变)与循环载荷(疲劳)条件下进行实验,模拟涡轮叶片的实际工况。

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仿真模型

考虑晶向、晶体结构与热循环等因素预测材料在应力下的表现,并通过与实验结果对比进行模型校验。

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热机械疲劳

评估材料在热与机械载荷耦合条件下的行为,对处于极端温度与机械载荷下的部件(如航空发动机涡轮叶片)尤为关键。

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各向异性材料建模

充分考虑单晶超合金的各向异性特性,在不同应力类型下提供更精确的性能预测,用于指导设计优化。

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部件寿命延长

通过分析部件失效原因并采取改进措施(有限元数值仿真、精确成分控制、制造工艺优化与热处理制度调控)以延长部件寿命。
部件寿命延长

技术

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有限元数值仿真(FEM)

在制造前或服役期间预测部件的应力、应变与潜在失效区域,及早识别薄弱位置与可能的失效模式。

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精确成分控制

通过精准控制合金成分,提升强度、抗疲劳与热稳定性等性能,从而直接延长部件寿命。

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制造工艺优化

通过优化铸造、锻造与机加工等工艺,减少缺陷、改善晶粒结构与整体质量,提升部件耐久性。

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热处理制度调控

通过调整热处理温度、时间与冷却速率优化组织结构,提升抗蠕变与整体疲劳寿命。

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