DD5合金單晶定向凝固溫度場(chǎng)及雜晶控制的研究.pdf

1、鎳基單晶高溫合金葉片制備過程中易產(chǎn)生雜晶、晶粒取向偏差、雀斑、組織粗大等缺陷。其中雜晶的出現(xiàn)破壞了單晶的完整性，極大的降低了葉片的力學(xué)性能及使用壽命。因此，控制鎳基高溫合金雜晶的形成對(duì)提高單晶葉片組織性能有重要的意義?；诖耍疚睦糜?jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)及實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)DD5合金單晶定向凝固溫度場(chǎng)及雜晶的形成生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行了深入的研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用一種改進(jìn)的Monte Carlo模型對(duì)抽拉過程的溫度場(chǎng)進(jìn)行理論分析，將

2、影響溫度場(chǎng)變化的多個(gè)參數(shù)簡(jiǎn)化為模殼表面散熱單元的角度參數(shù)。結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果，獲得了模殼位置、抽拉速度、模組數(shù)量等工藝參數(shù)對(duì)單晶定向凝固過程溫度場(chǎng)的影響規(guī)律。隔熱擋板上方，遠(yuǎn)爐壁側(cè)散熱速度較快，溫度較低；隔熱擋板下方，近爐壁側(cè)散熱速度較快。抽拉速度增加使得模殼表面散熱單元在單位時(shí)間內(nèi)可視角的增幅變大，模殼散熱能力增強(qiáng)，造成溫度場(chǎng)的傾斜程度增大。模組數(shù)量的增加，試樣之間相互遮擋作用增強(qiáng)，遠(yuǎn)爐壁端散熱能力減弱。⑵設(shè)計(jì)了一種具有不同變截面平臺(tái)的

3、試樣。對(duì)其進(jìn)行了溫度場(chǎng)、糊狀區(qū)及晶粒組織的數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明，直徑方向平臺(tái)只存在過冷形核這一種雜晶形成方式，而弦方向平臺(tái)雜晶的形成有縱向生長(zhǎng)、橫向生長(zhǎng)、過冷形核這三種方式。因此在傳統(tǒng)時(shí)間判據(jù)的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)的時(shí)間判據(jù)，用以判斷變截面平臺(tái)是否產(chǎn)生雜晶及產(chǎn)生雜晶的方式。⑶研究了抽拉速度及平臺(tái)尺寸對(duì)雜晶形成的影響規(guī)律。抽拉速度增加，平臺(tái)過冷度增加，臨界平臺(tái)尺寸ΔL（產(chǎn)生雜晶的平臺(tái)最小尺寸）減小。3mm/min抽拉速度下，ΔL為20cm；

4、7mm/min抽拉速度下，ΔL為14cm。在相同的抽拉速度下，平臺(tái)尺寸的增大也會(huì)造成平臺(tái)過冷度的增加，雜晶形成的傾向增加。⑷利用模擬仿真的方法優(yōu)化了模殼的組模方式，并對(duì)雜晶的形成位置進(jìn)行了預(yù)測(cè)。模擬結(jié)果與單晶定向凝固實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好，表明了仿真模擬結(jié)果的正確性。⑸對(duì)變截面試樣平臺(tái)的雜晶生長(zhǎng)形貌進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：水平位置最低的平臺(tái)產(chǎn)生了具有一定取向的雜晶，水平位置最高的平臺(tái)沒有雜晶形成，水平位置中間的平臺(tái)產(chǎn)生了雜亂無序的雜晶。研究試樣