DD6单晶精铸薄壁试样定向凝固过程数值模拟

针对单晶高温合金精铸薄壁试样制备困难的问题,建立了薄壁板形试样的有限元模型,采用ProCAST数值模拟的方法模拟DD6单晶精铸薄壁板形试样的定向凝固过程,研究了几何形状和工艺参数对定向凝固过程中温度场、温度梯度场及糊状区的影响。结果表明:薄壁板形试样中间部位工作端的温度梯度在60~65℃/cm范围内,糊状区固相线较为平直,液相线的位置在近炉壁一侧较低,远炉壁一侧较高。几何形状对单晶高温合金试样定向凝固过程有重要影响,提高浇注温度或降低抽拉速率有助于薄壁板形试样固液界面前沿液相温度梯度增大、糊状区宽度减小。单晶高温合金精铸薄壁试样定向凝固过程数值模拟结果与实际浇注结果吻合,凝固过程数值模拟为单晶精铸薄壁试样的制备提供了技术支持。     

单晶高温合金定向凝固过程数值模拟

实测了不同抽拉速度单晶高温定向凝固过程的初始条件,边界条件及温度场,建立了数值模拟系统的实体模型,采用ＰｒｏＣＡＳＴ有限元模拟软件包计算了不同抽拉速度单晶合金试板的定向凝固过程温度场。     

第二代单晶高温合金空心涡轮叶片凝固过程数值模拟研究

为优化单晶空心涡轮叶片制造工艺及降低制造成本 ,采用 90年代ProCAST大型软件包对单晶空心涡轮叶片的凝固过程进行数值模拟 .建立了空心叶片模拟系统的实体模型 ,对其进行四面体网格剖分 ;计算并测试了单晶高温合金空心叶片定向凝固过程温度场 ,进行了单晶空心叶片定向凝固过程工艺优化 .结果表明 :计算结果和测试结果吻合良好 ,在大于 1 2 0 0℃时误差小于 2 % ;通过分析单晶高温合金空心涡轮叶片的凝固过程 ,对单晶空心叶片定向凝固过程工艺优化 ,获得良好的效果 .     

镍基单晶高温合金定向凝固的数值模拟

概述了目前国内外镍基单晶高温合金定向凝固数值模拟的研究进展,定向凝固过程的数值模拟由宏观向微观转变,详细介绍了微观组织数值模拟的几种主要方法：决定论方法、随机论方法和相场方法,评述了这几种方法的特点以及局限性,指出宏观和微观现象的完整耦合可以对镍基单晶高温合金凝固过程做出更加准确的模拟预测。     

DD4合金发动机叶片的定向凝固过程数值模拟

为了分析叶片抽拉速度对定向凝固过程的影响,运用Procast软件和CAFE模块对不同抽拉速度下的DD4镍基高温合金的定向凝固过程进行了数值模拟。结果表明,在叶片处于炉体相同位置时,随着抽拉速度的增加,叶片的温度分布越高且温度分布梯度越小;随着抽拉速度的增加,糊状区的宽度也越来越大,且弯曲程度逐渐增大;在叶片表面二次枝晶臂间距分布较均匀,抽拉速度过大或过小都会导致二次枝晶臂间距变大。为了使叶片晶粒细化,获得更致密的微观枝晶组织,应采用适中的抽拉速度。     

镍基单晶高温合金定向凝固的数值模拟

概述了目前国内外镍基单晶高温合金定向凝固数值模拟的研究进展,定向凝固过程的数值模拟由宏观向微观转变,详细介绍了微观组织数值模拟的几种主要方法:决定论方法、随机论方法和相场方法,评述了这几种方法的特点以及局限性,指出宏观和微观现象的完整耦合可以对镍基单晶高温合金凝固过程做出更加准确的模拟预测。     

单晶高温合金DD6拉伸性能各向异性

研究了[001],[011],[111]取向第二代单晶高温合金DD6的拉伸性能与断口组织。结果表明:DD6单晶高温合金存在拉伸各向异性,850℃以上[001]取向DD6单晶高温合金的抗拉强度与屈服强度分别高于[011],[111]取向合金的强度,[001],[011],[111]取向DD6单晶高温合金的拉伸断口具有类解理断裂与韧窝断裂的特征。     

抽拉速率对DD6单晶高温合金凝固组织的影响

研究了不同的抽拉速率对第二代单晶高温合金DD6凝固组织的影响.结果表明,随抽拉速率的增加,DD6合金凝固界面由粗枝状组织向细枝状组织演变,枝晶干和枝晶间的γ'相尺寸减小,且枝晶间γ'相的形状越来越趋向于规则的立方体形状,γ-γ'共晶含量增加,粗大的初生γ'相减少.     

DD4合金发动机叶片的定向凝固过程数值模拟北大核心CSCD

为了分析叶片抽拉速度对定向凝固过程的影响,运用Procast软件和CAFE模块对不同抽拉速度下的DD4镍基高温合金的定向凝固过程进行了数值模拟。结果表明,在叶片处于炉体相同位置时,随着抽拉速度的增加,叶片的温度分布越高且温度分布梯度越小;随着抽拉速度的增加,糊状区的宽度也越来越大,且弯曲程度逐渐增大;在叶片表面二次枝晶臂间距分布较均匀,抽拉速度过大或过小都会导致二次枝晶臂间距变大。为了使叶片晶粒细化,获得更致密的微观枝晶组织,应采用适中的抽拉速度。     

DD6单晶高温合金980℃蠕变性能研究

研究了第二代单晶高温合金DD6的[001],[011]和[111]取向980℃不同应力条件的拉伸蠕变性能.结果表明,DD6合金的蠕变性能良好,并具有蠕变各向异性;与[011]和[111]取向相比,应力对[001]取向的合金蠕变寿命影响较小;蠕变过程中由于晶体转动[001]结晶取向与主应力轴方向偏离度逐渐减小,而[011]和[111]结晶取向与主应力轴方向偏离度有所增加;[001]取向的合金加工硬化倾向性较大,[011]和[111]取向的合金加工硬化倾向较小.     

浇注温度对DD6单晶高温合金凝固组织的影响

研究了浇注温度对第二代单晶高温合金DD6凝固组织的影响.结果表明,随着浇注温度的降低,DD6合金的一次枝晶间距稍有增加,枝晶干与枝晶间γ′相尺寸略有增大,γ-γ′共晶相尺寸增加,共晶含量略有减少,合金中主要元素偏析明显减轻.     

单晶高温合金DD6的中温横向持久性能

在800,850,900℃的温度条件下,对第二代单晶高温合金DD6的横向持久性能进行了研究.结果表明:与相同条件下的纵向即[001]取向持久性能相比,合金横向持久寿命低于纵向持久寿命.在相对较高温度下,合金横向与纵向的持久寿命在数值上相差较小;在相对较低温度下,合金横向持久寿命明显低于纵向.随着实验温度的升高,扩散蠕变作用增强,韧窝断裂的倾向增加,同时枝晶间和枝晶干变形均匀,横向持久性能相对提高而接近于纵向持久性能.垂直于应力轴的一次枝晶界和枝晶间区域的存在,是横向持久性能低于[001]取向的主要原因.     

Numerical Simulation of Solidification Process on Single Crystal Ni-Based Superalloy Investment Castings

Bridgman directional solidification of investment castings is a key technology for the production of reliable and highly efficient gas turbine blades. In this paper, a mathematical model for three-dimensional （3D） simulation of solidification process of single crystal investment castings was developed based on basic heat transfer equations. Complex heat radiation among the multiple blade castings and the furnace wall was considered in the model. Temperature distribution and temperature gradient in superalloy investment castings of single blade and multiple ones were investigated, respectively. The calculated cooling curves were compared with the experimental results and agreed well with the latter. It is indicated that the unsymmetrical temperature distribution and curved liquid-solid interface caused by the circle distribution of multiple turbine blades are probably main reasons why the stray grain and other casting defects occur in the turbine blade.     

DD6单晶高温合金760℃的蠕变性能研究

研究了[001]、[011]和[111]取向760℃不同应力条件下的第二代单晶高温合金DD6的拉伸蠕变性能.结果表明:DD6合金具有明显的拉伸蠕变性能各向异性;在相同的试验条件下,蠕变寿命以[111]、[001]、[011]顺序依次减小;不同取向的稳态蠕变速率不同;三个取向的基体通道类型不同,不同类型基体通道的应力大小不一,小应变量下的蠕变变形主要集中在应力水平较高的基体通道.     

单晶铸件凝固过程工艺优化的数值模拟

采用ProCAST软件系统研究了LMC(Liquid Metal Cooling)以及HRS(High Rate Solidification)工艺下,不同工艺参数对单晶铸件凝固过程中纵向温度梯度、温度梯度角、凝固界面位置的影响。结果表明:HRS工艺受型壳厚度影响很小,型壳表面的辐射散热是HRS工艺的主要影响因素,型壳的导热或者型壳和合金之间的换热是LMC工艺的主要影响因素;提高保温炉温度有利于提高纵向温度梯度;拉速是影响定向凝固最重要的参数,随拉速的增加,单晶铸件的纵向温度梯度先增大后减小,因此,制备不同合金铸件时应当采用不同的拉速;不同浇注温度时,经过10min的静置时间后,单晶铸件的初始温度分布趋于一致,对后续凝固过程影响很小。提出了以纵向温度梯度G∥、温度梯度角θ以及凝固界面位置Rp考察定向凝固工艺参数优劣的标准,纵向温度梯度、温度梯度角、凝固界面位置是评价定向凝固参数优劣的有效手段。