procast-procast在高溫合金熔模精密鑄造中的應(yīng)用進(jìn)展

1、西安航空職業(yè)學(xué)院西安航空職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文畢業(yè)論文ProCAST在高溫合金熔模精密鑄造中的應(yīng)用進(jìn)展在高溫合金熔模精密鑄造中的應(yīng)用進(jìn)展姓名：名：專(zhuān)業(yè)：業(yè)：航空電子班級(jí)：級(jí)：完成日期：完成日期：指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師:對(duì)于復(fù)雜薄壁精鑄件，由應(yīng)力所導(dǎo)致的鑄件開(kāi)裂、變形往往難以控制。ProCAST應(yīng)力場(chǎng)模擬技術(shù)也逐漸用于鑄件熱裂傾向性和變形預(yù)測(cè)。王躍平[7]模擬了高溫合金葉片精鑄件應(yīng)力場(chǎng)，并用切割法測(cè)量了鑄件的殘余應(yīng)力，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。石照

2、夏[8]模擬了K418增壓渦輪的應(yīng)力場(chǎng)并探明了引起熱裂缺陷的原因。洪耀武[9]基于鑄造應(yīng)力場(chǎng)模擬改進(jìn)了K424調(diào)節(jié)片的澆注工藝，顯著消除了熱裂缺陷并將鑄件合格率提高了30%。然而，由于高溫區(qū)力學(xué)性能參數(shù)缺乏、影響最終鑄件應(yīng)力分布的因素眾多、熱力雙向耦合模擬對(duì)計(jì)算條件要求較高[10]、殘余應(yīng)力測(cè)試方法復(fù)雜等原因，鑄造應(yīng)力場(chǎng)模擬及變形預(yù)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用仍有待于深化研究。1.3微觀組織模擬與預(yù)測(cè)微觀組織模擬與預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件工況惡劣，對(duì)鑄件在中

3、低溫條件下低周疲勞壽命要求嚴(yán)格。普通熔模精鑄件一般為粗大的樹(shù)枝晶或柱狀晶，鑄件在服役過(guò)程中易發(fā)生疲勞和斷裂[11]。隨著凝固微觀組織計(jì)算模型和算法研究的進(jìn)展，ProCAST微觀組織模擬技術(shù)也逐漸用于鑄件微觀組織的預(yù)測(cè)。X.Xue[12]在溫度場(chǎng)計(jì)算的基礎(chǔ)上，模擬了K35汽輪機(jī)葉片鑄件的晶粒大小和二次枝晶臂間距，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。王鵬飛[13]采用CAFE法模擬了K4202高溫合金熱控法細(xì)晶鑄造微觀組織，并獲得了整體細(xì)化的晶粒組織。雖然現(xiàn)

4、有模型和算法模擬得到的微觀組織結(jié)果都取得了與實(shí)驗(yàn)較為一致的結(jié)果，但仍?xún)H針對(duì)于鑄件局部區(qū)域，尚未能直接用于實(shí)際鑄造現(xiàn)場(chǎng)。因此，如何將微觀組織模擬與實(shí)際鑄造工藝相結(jié)合仍是需要思考的問(wèn)題。2、高溫合金定向凝固及單晶制備過(guò)程數(shù)值模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)及重型燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片已普遍采用定向柱狀晶或單晶高溫合金。定向凝固工藝復(fù)雜，影響因素眾多，ProCAST軟件在該領(lǐng)域逐漸得到應(yīng)用。2.1定向凝固材料參數(shù)及邊界條件研究定向凝固材料參數(shù)及邊界條件研究定向凝固工

5、藝依靠加熱爐體的保溫和冷卻介質(zhì)的冷卻產(chǎn)生定向凝固所需的溫度梯度，材料熱物性參數(shù)、界面及邊界條件參數(shù)的準(zhǔn)確獲取對(duì)溫度場(chǎng)的準(zhǔn)確計(jì)算至關(guān)重要。目前，國(guó)內(nèi)在高溫合金、型芯、型殼材料參數(shù)方面積累較少，尤其是高溫區(qū)的熱物性參數(shù)和界面換熱系數(shù)匱乏，真正按照實(shí)際材料和工藝由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的參數(shù)較少，已有的部分?jǐn)?shù)據(jù)較為分散且無(wú)法公開(kāi)獲取。而美國(guó)Arizon大學(xué)早在1978年就發(fā)表了長(zhǎng)篇論文“TheThermalConductivityofShellInvest

6、mentMaterials”，為熔模鑄造工藝仿真提供了所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)[14]。在邊界條件參數(shù)方面，國(guó)內(nèi)北京航空材料研究院金海鵬[15]結(jié)合正交試驗(yàn)和反算法，研究了定向凝固模擬的邊界參數(shù)對(duì)凝固溫度曲線的影響，發(fā)現(xiàn)鑄件與型殼間的界面換熱系數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)的影響最大，并基于ProCAST軟件反求技術(shù)，根據(jù)實(shí)測(cè)的溫度曲線反求得到了DD6高溫合金與型殼間界面換熱系數(shù)隨溫度的變化曲線。西北工業(yè)大學(xué)[16]也針對(duì)界面換熱系數(shù)進(jìn)行了逆向求解與驗(yàn)證。清華大學(xué)