基于ProCAST二次开发的叶片LMC凝固特征模拟

燃气涡轮单晶叶片往往具有空心的复杂曲面结构和缘板、叶冠等横截面的突变,非常容易形成杂晶等缺陷。液态金属冷却(LMC)作为一种新型的定向凝固工艺有望解决这一问题,但是尚需用数值模拟进行辅助优化。文中建立了LMC数理模型,通过对ProCAST二次开发建立了浸入过程动态复合边界条件,实现了叶片LMC工艺下的温度场和枝晶参数的数值模拟,考察了工艺对温度梯度、糊状区形态、缺陷指数等凝固特征的影响。LMC能够得到比传统工艺更高的温度梯度和更小的糊状区宽度,在叶片厚大部位能够缩短局域凝固时间,得到更细的枝晶。同时,由于LMC的糊状区形态有利于单晶组织在缘板的推进,抑制了杂晶形核,因而提高了许用拉速,有利于提高生产效率和进一步细化组织、避免雀斑偏析和等轴晶转变(CET)趋势。