鈦合金立式離心鑄造缺陷形成與演化規(guī)律.pdf

1、在立式離心力場下，精密鑄造成形鈦合金復雜構(gòu)件具有十分獨特的優(yōu)勢。而深入揭示立式離心力場下鈦合金缺陷形成與演化規(guī)律，對制備優(yōu)質(zhì)鑄件，優(yōu)化鑄造工藝，降低實驗成本，縮短生產(chǎn)周期均具有重要的理論意義和實用價值。因此，本文采用理論分析、相似物理模擬和實驗研究相結(jié)合的方法，深入分析了立式離心力場下合金熔體滲流補縮流動，并藉此探討了合金熔體凝固成形過程中縮孔缺陷形成與演化規(guī)律；此外依據(jù)凝固熱動力學原理，給出了立式離心力場下合金熔體中氣泡和夾雜的形成及

2、運動規(guī)律；最后系統(tǒng)地研究了凝固鑄件顯微組織和力學性能變化規(guī)律。通過這些研究給出了減小或防止鈦合金立式離心鑄造缺陷的措施。
　　首先，針對現(xiàn)有計算合金熔體滲流補縮流量的傳統(tǒng)線性達西定律的局限性，根據(jù)滲流流體力學理論，給出了立式離心力場下適合于所有雷諾數(shù)情況下，計算合金熔體滲流補縮流量的廣義達西定律。依據(jù)相似物理模擬理論和廣義達西定律，給出了物理模擬鈦合金熔體滲流補縮流動時需要滿足的條件。按照此條件，物理模擬研究了鈦合金熔體滲流補縮流

3、動規(guī)律，物理模擬研究表明：隨著補縮時間和旋轉(zhuǎn)速度的增加，補縮過程中滲流流體的體積逐漸增大；當模擬流體粘度以及模擬枝晶的多孔介質(zhì)孔眼數(shù)減小時，補縮過程中滲流流體的體積也相應增加。
　　依據(jù)前面的廣義達西定律以及滲流補縮流動規(guī)律，結(jié)合凝固收縮理論，給出了立式離心力場下合金熔體凝固成形過程中，縮孔形成條件和體積判據(jù)。同時對離心鑄造縮孔缺陷進行了物理模擬研究。為了驗證縮孔理論分析以及物理模擬的準確性，實際澆注了離心鑄造構(gòu)件，得出縮孔缺陷形

4、成規(guī)律與理論分析和物理模擬相吻合的結(jié)論，說明了理論分析和物理模擬的正確性。
　　開展了立式離心力場下合金熔體中氣泡和夾雜的形成及運動規(guī)律研究。提出了合金熔體中氣體溶解度的梯度分布規(guī)律及離心力場下氣泡形核需要滿足的條件，推導了立式離心力場下氣泡的形核功、臨界形核半徑以及形核率公式。并根據(jù)傳質(zhì)理論，對氣泡長大過程進行了分析。通過對氣泡和夾雜在立式離心力場下的受力分析，給出了離心力場下合金熔體中氣泡和夾雜的運動規(guī)律，結(jié)果表明：氣泡和夾雜

5、的運動速度均隨著旋轉(zhuǎn)速度和離心半徑的增加而增大。采用相似物理模擬的方法，對立式離心力場下鈦合金熔體中氣泡和夾雜的運動規(guī)律進行了實驗研究，實驗結(jié)果和理論分析相吻合。
　　對立式離心力場下合金熔體凝固成形鑄件的顯微組織以及力學性能進行了深入的分析，給出了相應的擬合關系式。結(jié)果表明：隨著離心半徑和離心旋轉(zhuǎn)時間的增加，晶粒尺寸變小，層片間距得到細化，力學性能得到提高。旋轉(zhuǎn)速度增加，晶粒尺寸減小，性能提高，偏析加劇。晶粒尺寸和層片間距隨鑄件