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

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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1,刘孝福2,税国彦2,许庆彦1(),柳百成1

2 沈阳铸造研究所, 沈阳 110022

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

Xuewei YAN1,Ning TANG1,Xiaofu LIU2,Guoyan SHUI2,Qingyan XU1(),Baicheng LIU1

1 Key Laboratory for Advanced Materials Processing Technology, Ministry of Education, School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084 2 Shenyang Research Institute of Foundry, Shenyang 110022

闫学伟,唐宁,刘孝福,税国彦,许庆彦,柳百成. 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[J]. 金属学报, 2015, 51(10): 1288-1296.
Xuewei YAN, Ning TANG, Xiaofu LIU, Guoyan SHUI, Qingyan XU, Baicheng LIU. MODELING AND SIMULATION OF DIRECTIONAL SOLIDIFICATION BY LMC PROCESS FOR NICKEL BASE SUPERALLOY CASTING[J]. Acta Metall Sin, 2015, 51(10): 1288-1296.

摘要 图/表 参考文献 相关文章 Metrics 全文: PDF(5902 KB)   HTML    摘要:  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. 关键词 ： 液态金属冷却,  数学模型,  定向凝固,  数值模拟     Key words： liquid-metal cooling    mathematical model    directional solidification    numerical simulation      基金资助:* 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 服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/10.11900/0412.1961.2015.00338      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y2015/V51/I10/1288 图1  液态金属冷却(LMC)定向凝固炉简化原理图 图2  试样的三维模型及模壳 图3  计算和实测的冷却曲线 图4  计算和实测的冷却速率 图5  不同抽拉速率下试样外侧面的晶粒生长模拟及实验结果 图6  不同抽拉速率下试样内侧面的晶粒生长模拟及实验结果 图7  不同抽拉速率下糊状区下凹度沿固/液界面高度方向的变化 图8  抽拉速率为24 mm/min时起始阶段糊状区的变化 图9  抽拉速率为8 mm/min时计算得到的一次枝晶臂间距分布图 图10  抽拉速率为8 mm/min时的一次枝晶臂间距模拟和实验结果 图11  抽拉速率为8 mm/min时计算得到的二次枝晶臂间距分布图 图12  抽拉速率为8 mm/min时的二次枝晶臂间距模拟和实验结果 图13  不同抽拉速率下试样横截面枝晶组织 图14  抽拉速率为12 mm/min时晶粒组织模拟和实验结果 [1] Nabarro F R. 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