離心力場(chǎng)下鈦合金充型流動(dòng)及鑄造缺陷的研究.pdf

1、鈦合金力學(xué)性能優(yōu)異，但其機(jī)加工難度大，在離心力場(chǎng)下，精密鑄造成形鈦合金薄壁復(fù)雜鑄件具有十分獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。而深入揭示離心力場(chǎng)下鈦合金充型流動(dòng)規(guī)律及鑄造缺陷的形成機(jī)理，對(duì)制備鈦合金優(yōu)質(zhì)鑄件，優(yōu)化其鑄造工藝，降低實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，縮短生產(chǎn)周期均具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　故此，本文采用相似模擬和及計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法，深入系統(tǒng)地研究了離心力場(chǎng)下鈦合金充型流動(dòng)規(guī)律及鑄造缺陷的形成機(jī)理。
　　本文借助相似模擬流體并依據(jù)所推導(dǎo)的離心力場(chǎng)下鈦

2、合金充型過(guò)程的相似準(zhǔn)則，研究了離心力場(chǎng)下，不同澆注系統(tǒng)及不同轉(zhuǎn)速條件下模擬流體的充型流動(dòng)行為，結(jié)果顯示：在模擬流體在橫澆道中正向（即沿離心方向）充型流動(dòng)過(guò)程中，流體總是沿著橫澆道后壁進(jìn)行充型，到達(dá)其末端時(shí)，流體沖擊型壁，在此過(guò)程中流體經(jīng)歷了動(dòng)能和勢(shì)能之間相互的轉(zhuǎn)化，一次壓頭轉(zhuǎn)變?yōu)槎螇侯^，并導(dǎo)致液體改變流動(dòng)方向，沿后續(xù)澆道以逐層方式平穩(wěn)的充入鑄型，并且在反向（即沿向心方向）充型過(guò)程中，流體的自由液面是以轉(zhuǎn)軸為圓心的規(guī)則圓弧面，流體只有徑

3、向運(yùn)動(dòng)而沒(méi)有切向運(yùn)動(dòng)。對(duì)于直充式和頂注式，液流直接反向充型，最后充型部位為入口處；
　　分析了模擬流體充型過(guò)程中，橫澆道中向外流動(dòng)的流股橫截面積和充型長(zhǎng)度，與轉(zhuǎn)速之間的相互關(guān)系，結(jié)果顯示：橫澆道中流股橫截面積隨著充型長(zhǎng)度的增加而減??；隨著轉(zhuǎn)速的提高，在相同位置處，流體橫截面面積相應(yīng)減小。
　　研究了離心力場(chǎng)下，模擬流體充型速度及長(zhǎng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律，結(jié)果顯示：充型速度隨著時(shí)間的增加而減小，充型開始階段，速度下降的較為迅速，隨

4、后逐漸趨于平緩。對(duì)于同一類型的澆注系統(tǒng)，隨著轉(zhuǎn)速的提高，對(duì)應(yīng)時(shí)刻的充型速度相應(yīng)減??；充型過(guò)程中，充型長(zhǎng)度隨時(shí)間增大，充型初期，充型長(zhǎng)度的增加迅速，隨之增幅趨于平緩。而充型長(zhǎng)度隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律為：在充型開始階段，轉(zhuǎn)速對(duì)充型長(zhǎng)度影響很小，隨著充型時(shí)間的增加，轉(zhuǎn)速對(duì)充型長(zhǎng)度影響越來(lái)越顯著，轉(zhuǎn)速越高，充型長(zhǎng)度增幅越小。
　　此外，本文還推導(dǎo)了離心力場(chǎng)條件下，模擬流體中夾雜物運(yùn)動(dòng)的相似準(zhǔn)則，并借此分析了離心力場(chǎng)下模擬流體中夾雜物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，

5、研究表明：密度大于液態(tài)金屬的夾雜物，將彌散分布在流體中形成兩相流，將沿徑向向外運(yùn)動(dòng)。
　　計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，對(duì)純鈦/氧化鋯陶瓷鑄型界面反應(yīng)所引起的反應(yīng)性氣孔進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：鈦熔體與氧化鋯陶瓷鑄型界面處由界面化學(xué)反應(yīng)引起的發(fā)氣量變化規(guī)律為：初始發(fā)氣較快，為增幅較大的線性增加階段，后期發(fā)氣較慢為增幅較小的拋物線增加階段；隨著液態(tài)金屬澆注溫度的提高，當(dāng)澆注溫度為1800℃時(shí)，鑄型的預(yù)熱溫度對(duì)反應(yīng)發(fā)氣量的影響較小，而澆注溫度對(duì)發(fā)氣量的