DD5合金定向凝固模擬仿真與實驗研究.pdf

1、高溫合金定向凝固技術(shù)主要用于航空發(fā)動機及燃氣輪機單晶葉片的制備，其凝固過程模擬技術(shù)是材料研究方向的前沿領(lǐng)域，是一門涉及材料科學(xué)、計算機學(xué)及信息科學(xué)等多種學(xué)科的交叉學(xué)科，是研究定向凝固過程的重要方法，也是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點。本文對DD5合金定向凝固過程進行模擬仿真，并與實驗手段相結(jié)合，取得了以下成果:
　　(1)設(shè)計了測溫系統(tǒng)，測試了DD5合金定向凝固過程溫度場曲線，并利用實測的溫度場冷卻曲線，反算模殼-鑄件間界面換熱系數(shù)。計算結(jié)

2、果表明，界面換熱系數(shù)在液相線以上及固相線以下變化不大，其數(shù)值分別為2300W·m-2K-1及1000W·m-2K-1左右;在液-固相線之間區(qū)域由于試樣凝固產(chǎn)生收縮，導(dǎo)致鑄件-模殼間產(chǎn)生氣隙，形成溫差，界面換熱系數(shù)迅速下降。
　　(2)通過對DD5合金試棒定向凝固溫度場的模擬，得到與實測冷卻曲線吻合較好的模擬冷卻曲線。通過溫度場模擬分析，得到了試棒不同部位輻射散熱能力對溫度場等溫線呈傾斜分布的影響規(guī)律;隔熱擋板內(nèi)徑和水冷銅盤半徑尺寸

3、對冷卻速度的影響規(guī)律;抽拉速度較小有利于獲得較窄的糊狀區(qū)寬度;提高上爐體溫度以及減小試樣直徑能夠增大固-液界面前沿的溫度梯度。
　　(3)通過模擬的DD5合金試棒單晶生長組織與定向凝固實驗制備的組織相對比，兩者在選出單晶的高度及表面晶粒密度方面均較為吻合。通過模擬DD5合金葉片組織，獲得了葉緣處產(chǎn)生雜晶缺陷的機理，并提出了兩種可行的優(yōu)化方案:添加引晶器法和傾斜放置變拉速法。經(jīng)模擬驗證，選晶器均可以正常選晶，單晶取向與熱流方向偏離角