立式离心场下钛合金熔体充填及凝固过程研究

研究立式离心场下不同铸造工艺参数对钛合金熔体的充填及凝固缺陷形成的影响。结果显示,立式离心场下得到的钛合金铸件质量优于重力场下的铸件。立式离心场下,合金熔体由于受离心力和科氏力的作用,沿着与旋转方向相对的型壁进行充填,且熔体的截面面积随充填长度的增加而逐渐减小,但是在内浇口处由于速度降低导致截面面积有所回升。此外,铸型的旋转方向,旋转半径及旋转速度直接影响铸件缺陷的形成。旋转方向直接影响合金熔体的充填顺序,进而影响合金熔体的凝固顺序及缺陷位置。实验结果显示,旋转半径及旋转速度的增加有利于减少铸件的缺陷体积。     

立式离心场下钛合金铸件缩孔缩松数值模拟

立式离心场下,合金熔体的临界补缩固相率随铸型转速及旋转半径的变化而变化,研究结果显示,随着铸型转速以及旋转半径的增加,临界补缩固相率逐渐增大.通过试算法建立了立式离心场下动态临界补缩固相率.同时通过数值模拟方式,研究了铸型转速、旋转半径、熔体过热度以及铸型型温对钛合金铸件缩孔、缩松的影响.结果显示,随着铸型转速和旋转半径的增加以及熔体过热度及铸型温度的升高,铸件的缩孔、缩松逐渐减少.     

立式离心铸造过程中熔体横截面的变化规律

对Ti合金立式离心铸件的充填和凝固过程进行研究。结果发现,在离心场下,柯氏力对熔体运动方向的改变影响非常大,熔体沿着与旋转方向相对的型壁进行正向加速充填,当达到最远端后反向充填。在正向充填过程中,对没有内浇道的铸型,熔体在横浇道内的截面面积随充填长度的增加而逐渐减小,当横浇道侧壁存在内浇道时,熔体通过内浇道进入型腔,导致熔体在内浇道入口处产生速度降,熔体横截面面积在该处有所回升,然后随充填长度的增加而减少。同时,旋转方向对有内浇道铸型的充填顺序影响非常大。     

钛合金离心精密铸造充型过程计算机模拟

建立了离心力场下铸造充型流动的数学模型 ,在自行研制的三维铸件充型 /凝固模拟软件 (CASM 3DforWin dows)基础上 ,研制开发了相应的离心力场铸造充型的计算机模拟软件。对钛合金薄壁铸件在重力场下及不同离心精密铸造工艺条件下的充型过程进行了实例模拟计算。计算结果表明 :在离心力场下金属液的薄壁充型能力比重力浇注强得多 ,而“拐头反充”式离心浇注方式是一种合理的离心力场下的铸造工艺方案     

ZTC4钛合金机匣构件离心铸造过程的数值模拟

采用数值模拟方法,研究ZTC4合金机匣离心铸造的充型和凝固过程,分析了离心转速、浇注温度和铸型预热温度对熔体充填过程流动场、凝固过程温度场和应力场的影响,并预测了缺陷的分布.结果表明,随离心转速提高,熔体充型速度无明显变化,但柯氏力作用更加明显,铸型中熔体流股变细;熔体过热度低于30℃时,铸件出现明显的浇不足缺陷;铸型预热温度是影响铸件残余应力的主要因素,而离心转速和熔体过热度的影响次之;铸件最后凝固的较厚部位容易出现缩松、缩孔缺陷,且其位置与X射线检测结果较吻合.     

倾斜式离心铸造对钛合金铸件质量的优化

开发了一种新型钛合金铸造工艺，在设计阶段将钛合金铸件的石墨铸型倾斜摆放，浇注系统搭设在铸件厚大部位，以实现倾斜式离心浇注。同时，分别采用常规立式重力浇注和立式离心浇注，对比研究了两种铸件的表面质量及内在质量。结果表明，倾斜式离心浇注铸造工艺可以减少铸件表面的流痕缺陷，提高钛合金铸件的产品质量，减少后续补焊修整，缩短产品生产周期、降低生产成本。     

工艺参数对SL原型钛合金快速离心精铸充填率的影响

通过栅格试样浇注实验研究了工艺参数对基于SL原型钛合金立式离心快速精密铸造充填率的影响.试验结果表明,试样铸件厚度越大,离心半径越大,离心转速越高,铸件型壳的充填率越高.同时通过离心加速度综合分析了离心半径和离心转速对充型率的影响,当离心加速度大于某一临界值时,即可充填满不同厚度的试样,且试样越厚,充填满试样所需的临界离心加速度越小.     

基于ProCast的K4169高温合金铸件离心铸造工艺数值模拟

利用ProCast数值模拟软件对K4169高温合金铸件立式离心铸造过程中金属熔体的充型过程和凝固过程进行了模拟研究,分析了离心转速对离心铸造充型过程的影响。结果表明,在离心铸造中,离心转速的选取要适中,转速越大,铸件的充填效果并不是越好;根据铸件缺陷的分析结果,对铸件采用顶注式浇注,铸件缩孔缩松缺陷都集中于顶部冒口和侧壁的暗包。     

TiAl合金铸造工艺数值模拟及分析

利用数值模拟方法对比研究了重力铸造、离心铸造和真空吸铸等工艺铸造TiAl合金涡轮铸件的工艺过程,分析了TiAl合金熔体在型腔中的充填规律及凝固特性.结果表明,传统的重力铸造及离心铸造容易产生浇不足、缩松、缩孔等缺陷,真空吸铸技术能大幅提高钛合全熔体的充填能力,且充填过程十分平稳,凝固过程中易于补缩,是小型TiAl合金铸件理想的成型方法.     

立式离心铸造熔体充填量的研究与模拟

通过受力分析，建立了立式离心铸造钛合金熔体充填流动的数学模型，以及相应的数值模拟模型；通过水力学试验模拟进行验证，与试验结果的良好符合，证明了数学模型的正确性及数值模拟结果的准确性。理论分析和试验结果表明，充填量随充填时间和离心转速的增加而增加，但是过高的转速却会导致型腔中熔体充填量的下降。     

Computer simulation for centrifugal mold filling of precision titanium castings

Computer simulation codes were developed based on a proposed mathematical model for centrifugal mold filling processes and previous computer software for 3D mold filling and solidification of castings (CASM-3D for Windows). Sample simulations were implemented for mold filling processes of precision titanium castings under gravity and different centrifugal casting techniques. The computation results show that the alloy melt has a much stronger mold filling ability for thin section castings under a centrifugal force field than that only under the gravity. A "return back" mold filling manner is showed to be a reasonable technique for centrifugal casting processes, especially for thin section precision castings.     

TiAl基合金排气阀立式离心铸造充型及凝固过程数值模拟

以N-S方程、连续性方程及Fourier导热方程为基础，结合离心力、重力及Coriolis力，在实验的基础上建立了立式离心铸造充型过程及凝固过程数学模型．并且依据此模型对TiAl基合金排气阀立式离心铸造过程温度场、流场及压力场进行了数值模拟．数值模拟结果表明，离心铸造的充型过程存在正向和反向两个充填过程，在入口处易出现卷气缺陷．凝固过程也存在正向和反向两个凝固顺序，在靠近先充填一侧易于形成偏轴线缩松缺陷．     

TiV15Cr3Sn3Al3合金熔体离心力场下充型流态分析

本文分析了金属型离心浇铸TiV15Cr3Sn3Al3(Ti 15 3)合金铸件的充型过程 ,得出了熔体在离心充型过程中的层流判据 ,以及熔体截面倾角的变化规律。总结了在离心力场下铸件内气孔和缩松的分布规律。计算结果表明 :离心力场下充型时 ,熔体可保持的层流长度随转台转速的提高而减小 ;转台转速足够高时 ,最大倾角随转台转速的提高而增大。     

Ti-6-4合金熔体离心铸造过程中流态分析

针对金属型离心浇铸Ｔｉ６Ａｌ－４Ｖ（Ｔｉ－６－４）合金人工骨关节,对其充型过程进行了理论分析,得出了熔体离心充型过程中的层流判据以及熔体自由面仍的变化规律,结果表明,离心力场下,熔体充型时可保持的层流长度随转台转这的提高而减小;熔体自由表面将发生倾斜,最终趋于竖直,此外,讨论了离心力场下铸件内部卷入性气孔和偏中心线缩松的产生原因及分布规律。     

离心铸造钛合金熔体充型流动物理模拟相似理论及实验研究

借助相似物理模拟理论,研究离心铸造钛合金熔体充型流动物理模拟相似准则。并采用相似物理模拟的方法,研究离心力场下钛合金熔体充型流动过程中,熔体流动的变化规律。实验结果表明:离心力场下物理模拟钛合金熔体充型流动时,同时满足Cn准则和雷诺准则;模拟流体充型流动时,沿着横浇道后壁进行充型;流体的自由液面是以转轴为圆心的规则圆弧面;流体横截面面积随着旋转速度和充型长度的增加相应减小;转速越高,在同一时间内,充填速度和长度越小。     

Analysis of filling process of Ti6Al4V alloy melt poured in permanent mold during centrifugal casting process

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离心铸造高合金管裂纹的形成和解决措施

裂纹是合金管生产中经常出现的缺陷。本文通过对合金管在浇铸过程中钢水的受力分析及传热过程的分析,描述了高温钢水在型腔中的流动状况,确定出了离心铸造造型转速计算公式的重力系数在浇铸初期取值应为１２０～１４０、在凝固成型期的取值应为９０～１００。     

Filling and solidification of TiAl melt in centrifugal field

A model was established based on the combination of the equation of continuity, the equation of conservation of momentum and the equation of general energy to describe the filling and solidification of TiAl melt by permanent mold centrifugal casting. The model was solved numerically and the filling and solidification processes in the centrifugal field were discussed. The results indicate that the centrifugal field essentially influences the filling and solidification processes of TiAl melt. The melt will first fill the cavity along the back boundary until it reaches the end. After the end is fully filled, the whole cavity will be filled gradually by the way that free surface of the melt moves towards the entrance, hence the entrance is the last part to be filled. Furthermore, the mechanism by which internal defects can be formed in centrifugally cast TiAl components were interpreted.