镍基高温合金铸件液态金属冷却定向凝固建模仿真及工艺规律研究

金属学报, 2015, 51(10): 1288-1296. doi: 10.11900/0412.1961.2015.00338

镍基高温合金铸件液态金属冷却定向凝固建模仿真及工艺规律研究

闫学伟 ^1, , 唐宁 ^2, , 刘孝福 ^3, , 税国彦 ^4, , 许庆彦 ^5, , 柳百成 ^6,

1.清华大学材料学院先进成形制造教育部重点实验室,北京,100084

2.清华大学材料学院先进成形制造教育部重点实验室,北京,100084

3.沈阳铸造研究所,沈阳,110022

4.沈阳铸造研究所,沈阳,110022

5.清华大学材料学院先进成形制造教育部重点实验室,北京,100084

6.清华大学材料学院先进成形制造教育部重点实验室,北京,100084

基金项目: 国家重点基础研究发展计划项目2011CB706801,国家自然科学基金项目51171089和51374137及国家科技重大专项项目2012ZX04012-011和2011ZX04014-052资助 Supported by National Basic Research Program of China (No.2011CB706801), National Natural Science Foundation of China (Nos.51171089 and 51374137) and National Science and Technology Major Projects of China (Nos.2012ZX04012-011 and 2011ZX04014-052)

关键词：液态金属冷却 , 数学模型 , 定向凝固 , 数值模拟

MODELING AND SIMULATION OF DIRECTIONAL SOLIDIFICATION BY LMC PROCESS FOR NICKEL BASE SUPERALLOY CASTING

Keywords： liquid-metal cooling , mathematical model , directional solidification , numerical simulation

考虑了液态金属冷却定向凝固过程中动态对流边界,建立了高温合金铸件温度场数学模型,采用三维元胞自动机(cellular automaton,CA)方法和KGT生长模型,建立了镍基高温合金凝固过程晶粒形核及生长的数学模型.采用宏观模型与微观模型双向同步耦合,实现了温度场和晶粒组织的数值模拟.进行了浇注实验,用冷却曲线和晶粒形貌验证了数学模型的准确性.对液态金属冷却定向凝固规律的研究表明,抽拉速率不仅对糊状区形状有重要影响,而且对晶粒的平行度以及枝晶组织的细密性也有很大的影响.抽拉速率过小时,糊状区上凸,晶粒组织易发散;抽拉速率过大时,糊状区下凹,晶粒组织汇聚,同时造成枝晶组织的粗化;适当的抽拉速率下能获得平坦的糊状区,提高晶粒的平行度,细化枝晶组织.

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