鈦合金鑄造熱應力有限元分析及實驗研究.pdf

1、鈦合金具有比強度高、抗氧化性好等優(yōu)點，是重要的航空航天材料。精密鑄造可降低鈦合金零件加工成本，已成為最成功且應用最廣泛的近終形加工技術之一。本文綜述了國內(nèi)外在鈦合金離心鑄造工藝以及鑄造應力場模擬研究方面的發(fā)展狀況。
　　基于三維溫度場和應力場的有限元數(shù)學模型，應用ProCAST有限元分析軟件進行了與本文TC4鈦合金澆鑄實驗相對應的鑄件/鑄型熱應力/應變的數(shù)值模擬，以研究鑄件的應力分布規(guī)律及主要影響因素，并與實驗結果進行了對比。根據(jù)

2、TC4鈦合金的實測成分，利用ProCAST軟件自帶的數(shù)據(jù)庫算得TC4鈦合金的物性參數(shù)，特別是熱應力計算所需數(shù)據(jù)。研究了不同界面約束條件及不同有限元網(wǎng)格尺寸等參數(shù)對溫度場和應力場計算結果的影響。
　　進行了TC4鈦合金石墨型真空離心及重力澆鑄實驗，采用多通道溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，測定了鈦合金鑄件、澆注系統(tǒng)及石墨鑄型中不同部位的冷卻曲線，并測定了鈦合金鑄造系統(tǒng)的尺寸收縮。根據(jù)測得的溫度變化曲線，利用ProCAST軟件反算確定了鑄件與鑄型等

3、各材質(zhì)之間等效界面換熱系數(shù)，以及澆注時的入流速度等工藝參數(shù)，以保證對本文鑄造系統(tǒng)熱應力/應變有限元計算機模擬的可靠性。計算得到的鑄件系統(tǒng)尺寸收縮量，以及石墨鑄型中的熱應力集中分布狀態(tài)與實驗結果基本吻合。
　　建立了真空鑄造條件下，合金凝固結殼之后冷卻階段的界面?zhèn)鳠崮Ｐ?。計算了TC4鈦合金鑄件系統(tǒng)中不同部位的離心力，并與相應部位有限元分析得到的熱應力/應變大小進行了對比。結果分析表明：鑄件凝固結殼因熱收縮受阻而產(chǎn)生的應力，通常遠大于