CAFE模型模擬研究螺旋選晶器幾何參數(shù)對(duì)選晶的影響.pdf

1、鎳基單晶高溫合金是一種通過(guò)特殊的手段使合金中只有一個(gè)晶粒存在的鎳基高溫合金，由于不存在晶粒之間的晶界，幾乎不會(huì)出現(xiàn)裂紋源，在高溫環(huán)境下服役時(shí)的熱疲勞性能、抗熱腐蝕性能和抗蠕變性能較之高溫合金得到了明顯的提高，是目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)，燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片制備的主要材料之一。鎳基單晶合金是面心立方晶格結(jié)構(gòu)，在其<100>、<001>、<010>三個(gè)晶體取向中，<001>方向的晶粒具有最佳的綜合力學(xué)性能。因此，將單晶合金葉片中<001>晶體取向控制到與其

2、主應(yīng)力軸方向盡可能一致便成了葉片控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　本文采用CAFE模型模擬了第二代鎳基單晶高溫合金CMSX-4通過(guò)螺旋選晶器制備的過(guò)程。探討了直接型、圓柱型、復(fù)合型三種過(guò)渡段的螺旋選晶器之間的區(qū)別以及螺旋選晶器引晶段幾何參數(shù)（直徑D和高度H），選晶段幾何參數(shù)（螺升角θ、螺旋直徑sD和螺旋線直徑dh）對(duì)選晶效果的影響及其選晶機(jī)制。結(jié)論如下：
　?。?）引晶段的主要作用是優(yōu)化晶粒取向，其對(duì)晶粒的選擇主要由兩個(gè)因素控制：選

3、晶的早期階段的晶粒競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)作用和選晶后期階段的模具壁阻礙晶粒生長(zhǎng)作用。選晶段的主要作用是選出單一晶粒，對(duì)取向沒(méi)有優(yōu)化作用，其對(duì)晶粒的選擇只與其在選晶段中所處的位置有關(guān)，通常位于螺旋通道內(nèi)側(cè)的晶粒會(huì)被選出作為最終單晶。
　?。?）直接型過(guò)渡段螺旋選晶器的選晶效率最好，圓柱型過(guò)渡段螺旋選晶器次之，復(fù)合型過(guò)渡段螺旋選晶器最差。圓柱型過(guò)渡段螺旋選晶器的選晶質(zhì)量最好，直接型過(guò)渡段螺旋選晶器次之，復(fù)合型過(guò)渡段螺旋選晶器選晶質(zhì)量最差。對(duì)于圓柱型

4、過(guò)渡段螺旋選晶器，增加圓柱過(guò)渡段的高度可以進(jìn)一步提高其選晶質(zhì)量。
　?。?）引晶段直徑的減小和高度的增加都可以提高晶粒取向的優(yōu)化，使得進(jìn)入選晶段的晶粒偏轉(zhuǎn)角較小，選出的最終單晶符合要求。但過(guò)小直徑和過(guò)大高度又會(huì)使得從引晶單進(jìn)入選晶段的晶粒數(shù)較少，選晶段無(wú)法發(fā)揮其優(yōu)選作用。根據(jù)模擬結(jié)果，引晶段的直徑設(shè)計(jì)在24～30mm，高度設(shè)計(jì)在30～36mm以內(nèi)較為合適。
　?。?）選晶段螺升角θ、螺旋直徑Ds和螺旋線直徑dh這些幾何參數(shù)對(duì)