K418合金车用增压涡轮热裂倾向性分析及预测

为解决K418合金用于浇注车用增压涡轮时出现的热裂问题,采用有限元模拟软件ProCAST的热弹塑性模型,对不同浇注工艺下K418合金车用增压涡轮的充型和凝固过程进行模拟,通过对温度场、固相分数和应力场模拟结果的分析,预测热裂缺陷的形成倾向,模拟结果与实际情况基本吻合。分析结果表明,涡轮叶稍处产生热裂的根本原因是凝固过程中产生了拉应力,应力值越大,铸件处于热裂敏感区的时间越长,热裂倾向性越大;采用较高的模壳温度和较低的浇注温度有利于降低铸件的热裂倾向。     

K418合金显微组织及其增压器涡轮叶片热裂的研究

针对K418合金增压器涡轮叶片的热裂问题进行了研究。采用光学显微镜和扫描电镜分析了Al、Ti含量对K418合金显微组织的影响。利用Thermo-Calc热力学软件计算了K418合金中可能析出的平衡相,并分析了Al、Ti含量变化对平衡相的影响。结果表明:Al、Ti含量增加后,K418合金的显微组织发生了明显变化,γ′的尺寸增大且形状多样化,(γ+γ′)共晶增多,导致裂纹优先产生和扩展的部位增多;热裂为枝晶组织断裂,热裂纹在枝晶间产生和扩展;Al、Ti含量的增加均提高了γ′的析出温度和析出量,Al的影响尤为明显;Al、Ti含量增加后,均扩大了合金的有效结晶温度范围,导致涡轮叶片产生热裂。     

γ—TiAl增压涡轮熔模铸造过程数值模拟研究

根据熔模型壳离心浇注的铸造工艺特点，建立了γ－TiAl增压涡轮凝固传热过程的数值模型，推导了离心压力下γ－TiAl金属间化合物的凝固收缩和补缩过程数学模型，模拟计算了γ－TiAl增压涡轮铸件的温度场和收缩缺陷，结果表明，模型能可靠计算γ－TiAl增压涡轮铸件凝固过程的温度分布和准确预测铸件的收缩缺陷，数值模拟结果与实验结果吻合良好，数值模拟结果证实了前期工作所提出的进一步减少及消除收缩缺陷的优化工艺措施的合理性。     

高Nb-TiAl增压涡轮熔模铸造过程数值模拟

采用Procast铸造模拟软件模拟了两种浇注方式(顶注式与侧注式)下的Ti-45Al-8Nb合金增压涡轮重力及离心铸造工艺过程。结果显示,在重力铸造条件下,两种浇注方式均存在浇不足缺陷。侧注式较顶注式充填率高。铸件的充型率与模壳的预热温度成正比,即提高模壳的预热温度可以有效增加充型率。在离心浇注(400 r/min)时,两种浇注方式均能使金属液充满型腔。顶注式铸件的缩孔、缩松存在于增压涡轮心部,而侧注式则分布于涡轮片中,并且顶注式的缩孔、缩松缺陷体积比侧注式大很多。     

铝合金铸热裂预测数值模拟研究进展

热裂是铝合金熔铸过程中常见的一种铸造缺陷,是工业生产大型均质无缺陷铸锭所面临的重要挑战之一.尽管经过几十年的研究提出了很多理论和模型,但是在对热裂本质的认识上仍存在很多不足和局限性.本研究从固液两相区的性能测量,数值模拟研究所需边界条件的设置,热裂判据的开发及数值模拟的应用等多个方面,总结了铝合金熔铸热裂预测研究中数值模拟方面的研究进展,并就其发展方向提出了建议.     

铸件热裂缺陷预测及其工艺优化

以解决铸件热裂为目的，以生产中遇到的典型铸件为例，利用ProCAST铸造模拟软件，对不同铸件结构和不同浇注工艺条件下的铸件热裂缺陷形成倾向进行了系统研究，得到了优化后的铸件结构和铸造工艺，并进行了生产验证，其结果基本吻合。     

铸件凝固过程中热应力场及热裂的数值模拟研究分析

简述了铸件凝固过程数值模拟的研究现状 ,重点介绍了铸件凝固过程中热应力场及热裂数值模拟研究的方法和发展趋势 ;指出了基于流变学模型的热应力场和热裂数值模拟是今后的热点研究方向之一。     

铸件热应力及热裂的数值模拟研究

铸件在铸造凝固过程中热应力场及热裂的数值模拟在实际的生产实践中起着十分重要的作用。本文综合国内外对铸造凝固过程中热应力及热裂数值模拟研究的现状，结合中北大学铸造工程研究中心的实际情况，指出了今后的研究方向和重点：建立适合铸造过程应力场数值模拟的模型，采用有限元软件ANSYS实现铸件热应力场的模拟分析，并计算残余应力。     

铸件热裂数值模拟研究进展

本文回顾了热裂数值模拟与预测的研究进展情况,着重突出了近年来用流变学理论来研究热裂、预测热裂的新方向。     

拨叉热裂数值模拟与分析

在采用熔模精密铸造生产拨叉的过程中,热裂是常见的铸造缺陷。为了充分分析热裂产生的原因,本文采用铸造仿真软件Procast对铸造过程进行模拟,对流场、温度场、应力场进行了模拟和分析,预测和分析热裂产生的位置,结果表明:拨叉铸造过程中,局部区域应力集中,在缩孔附近产生热裂纹。通过降低浇注温度,提高模壳预热温度,增大凸台过渡倒角,可以减小应力集中,从而避免热裂。     

高温合金燃机叶轮铸造工艺数值模拟

本文介绍了在高温合金燃机叶轮铸造过程中采用数值模拟技术,模拟了不同浇注温度条件下凝固过程中可能出现的缺陷。结果显示：采用数值模拟技术能够比较准确的预测缩孔疏松缺陷产生的部位,提供了工艺改进的方向。通过采用球形浇冒口、合适的径高比、局部保温措施等方法,解决了涡轮轴疏松的问题,获得了冶金质量优异的涡轮叶轮,很好的满足了设计和使用的要求。     

K418高温合金细晶叶片铸造工艺的研究

研究了Ｋ４１８高温合金细晶叶片铸造工艺。研究结果表明，在合适的型壳材料和合理的浇注系统条件下，当型壳温度控制在１０００℃，浇注时金属液过热温度控制在２８～３８℃，精炼温度不过高，则可获得健全的等轴细晶叶片。其晶粒度等级达到ＡＳＴＭ３０～６．０。     

基于ProCAST球铁支架铸造过程数值模拟

采用ProCAST软件对有多条筋的球铁支架铸件的充型和凝固过程进行模拟分析,预测了缩孔、缩松等铸造缺陷出现的位置,与实际样品缺陷位置基本一致。根据模拟分析的结果采取在铸件两个侧筋上加压边冒口、减少表面筋的数量、调整浇注系统等措施修改工艺。经实际样品的验证,得到了质量满意的铸件。     

激光成形修复K418高温合金的显微组织与开裂行为

研究了激光成形修复航空发动机涡轮叶片用K418高温合金的组织特征与开裂行为。研究发现:K418合金激光修复区组织主要由γ-FeCr0.29Ni0.16C0.06固溶体基体、方形γ′相、枝晶间杆状或骨架状初生MC碳化物和骨架状(γ+MC)共晶组成。激光成形修复所用铸件基体中MC碳化物为TiC,呈块状分布在晶内和晶界;而激光修复区中MC碳化物为(NbTi)C,呈骨架状或杆状分布于枝晶间。从基体、热影响区到修复区,γ′相形貌、尺寸和数量呈现不同特征。修复区裂纹为与液膜有关的结晶裂纹,裂纹沿枝晶晶界扩展。通过试验优化,确定了较佳的激光成形修复K418合金的工艺参数,大大降低了其开裂倾向。     

机匣件真空熔模铸造的数值模拟

涡轮发动机机匣整体铸造时,由于型壳直径大,形状复杂,极易出现缩孔缩松缺陷.为了改进其工艺方案,采用商用软件ProCAST建立了该件真空熔模铸造过程的数学模型和物理模型,考虑装炉方式,对充型、凝固过程中的流场、温度场演变及缩孔缩松形成过程进行了仿真,并用实验验证了计算的正确性.对不同工艺方案下铸件缩孔缩松缺陷的形成进行了模拟,计算结果显示,830℃不垫砂预热后浇注产生的缩孔缩松较多,1 100℃垫砂预热浇注产生的缩孔缩松很少.根据计算结果可以预测后者为较优工艺,有利于减少缺陷,提高成品率.     

基于数值模拟技术的球铁壳体消失模铸造工艺优化

针对消失模铸造球墨铸铁壳体铸件出现的缩孔缩松缺陷,对浇注温度、真空度、浇注系统及冒口进行改进,优化了生产工艺.模拟结果显示,经过改进浇注系统,金属液充型平稳,补缩效果良好,并有利于排气排渣.经生产验证,铸件质量完全满足生产要求.     

基于ProCAST涡壳体铸件精铸过程数值模拟研究

氧泵壳体为涡壳体铸件,形状复杂,壁厚差较大,铸造凝固过程中易出现疏松缩孔等缺陷,铸造难度较大。为了缩短试制周期,节约生产成本,优化工艺方案,采用Pro CAST软件对该铸件的充型、凝固过程进行了模拟分析,并对疏松缩孔缺陷进行了预测,优化了浇注工艺参数。结果表明,铸件充型平稳,实现了顺序凝固,疏松缺陷较少。确定了浇注温度1 450℃、型温850℃的浇注工艺,并通过试验证明了模拟计算的正确性,浇注出的铸件冶金质量满足技术条件要求。