CAFE模型模擬研究螺旋選晶器幾何參數(shù)對選晶的影響.pdf

1、鎳基單晶高溫合金是一種通過特殊的手段使合金中只有一個晶粒存在的鎳基高溫合金，由于不存在晶粒之間的晶界，幾乎不會出現(xiàn)裂紋源，在高溫環(huán)境下服役時的熱疲勞性能、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)動機，燃氣渦輪機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通過螺旋選晶器制備的過程。探討了直接型、圓柱型、復(fù)合型三種過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）對選晶效果的影響及其選晶機制。結(jié)論如下：
　?。?）引晶段的主要作用是優(yōu)化晶粒取向，其對晶粒的選擇主要由兩個因素控制：選

3、晶的早期階段的晶粒競爭生長作用和選晶后期階段的模具壁阻礙晶粒生長作用。選晶段的主要作用是選出單一晶粒，對取向沒有優(yōu)化作用，其對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)的晶粒會被選出作為最終單晶。
　?。?）直接型過渡段螺旋選晶器的選晶效率最好，圓柱型過渡段螺旋選晶器次之，復(fù)合型過渡段螺旋選晶器最差。圓柱型過渡段螺旋選晶器的選晶質(zhì)量最好，直接型過渡段螺旋選晶器次之，復(fù)合型過渡段螺旋選晶器選晶質(zhì)量最差。對于圓柱型

4、過渡段螺旋選晶器，增加圓柱過渡段的高度可以進一步提高其選晶質(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。但過小直徑和過大高度又會使得從引晶單進入選晶段的晶粒數(shù)較少，選晶段無法發(fā)揮其優(yōu)選作用。根據(jù)模擬結(jié)果，引晶段的直徑設(shè)計在24～30mm，高度設(shè)計在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