TC4合金立式離心充型凝固行為研究.pdf

1、本文采用實驗研究與計算機模擬相結合的方法，研究了鈦合金在立式離心力場中充型與凝固行為。重點研究了TC4(Ti-6Al-4V)合金在立式離心力場下石墨鑄型中澆鑄時，鑄件組織與力學性能隨離心力及鑄件模數(shù)(冷卻速度)的變化規(guī)律，獲得以下研究結果：
　　對本課題組開發(fā)的鑄件充型及凝固過程數(shù)值模擬集成軟件 LXCASM-3D進行了改進，加入了包括Coirolis力的計算等在內(nèi)的功能。并應用該軟件通過計算機模擬的方法研究了鈦合金簡單平板件以及

2、多組薄壁鑄件在立式離心力場中充型與凝固行為，提出了為得到高質量鑄件所需要的合理澆鑄工藝。研究結果表明：當鑄件只通過一較短的內(nèi)澆口與直澆道直接相連且鑄件具有較大的橫截面時(如在水平放置的簡單平板件中)，由于Coriolis力的作用，鑄型的旋轉方向對合金熔體充填行為產(chǎn)生較大的影響。為了減少鑄件中缺陷的產(chǎn)生及改善鑄件質量，應該選擇可避免直接充型的澆鑄系統(tǒng)設計方案；模擬計算結果表明：對于多組薄壁件，為了達到平穩(wěn)及逐層的充填效果，利用旋轉鑄型系統(tǒng)

3、中的離心力進行反向充填的澆鑄工藝是一種比較合理的立式離心鑄造工藝方案。
　　實驗研究了石墨型立式離心澆鑄鈦合金階梯及楔形鑄件時，鑄型轉速及離心力對鑄件內(nèi)部缺陷形成的影響，以及對階梯鑄件長度方向上尺寸收縮率的影響。結果表明：隨著重力系數(shù)的增加，TC4合金離心澆鑄的階梯鑄件中宏觀孔洞率呈指數(shù)方式明顯降低，當鑄件所處位置的重力系數(shù)大于15時，基本上無明顯的孔洞產(chǎn)生；隨重力系數(shù)的增加，鑄件中微裂紋與微孔率相對含量呈減少趨勢，但夾雜物相對含

4、量卻明顯增加；充型順序是影響鑄件質量的又一重要因素，充型路徑較長和充型早的鑄件中更容易卷入夾雜與氣泡等缺陷；在澆鑄系統(tǒng)同一位置處，階梯鑄件長度方向上尺寸收縮率隨離心轉速的增加而明顯減小，在同一鑄型轉速下，與離心力相比，鑄型的冷卻能力對鑄件尺寸收縮率的影響更明顯一些。
　　TC4合金在石墨型中立式離心澆鑄時，鑄件模數(shù)/冷卻速度及離心力對鑄件組織尺寸與力學性能影響如下所述：離心力場下凝固成形的TC4鑄件的微觀組織仍然呈現(xiàn)片層組織。離心

5、力的增大及模數(shù)的減小(冷速增加)均有利于細化鑄件的晶粒與片層組織，使鑄件的拉伸強度與屈服強度有所提高。其中，鑄件模數(shù)對組織及性能的影響更明顯一些。對實驗測得的結果進行統(tǒng)計分析并經(jīng)多參數(shù)回歸處理后，得到了鑄造工藝參數(shù)，組織尺寸(包括晶粒尺寸及α/β-片層厚度)及力學性能之間的經(jīng)驗公式。
　　作為與鈦合金在不同轉速下石墨型中澆鑄實驗的對比分析，本文研究了TC4合金在鋼型及陶瓷殼型中分別進行階梯件重力澆鑄及多組薄壁鑄件離心澆鑄時鑄件組織

6、與性能的變化規(guī)律。結果表明：TC4合金在鋼型中重力澆鑄時，鑄件晶粒尺寸及片層厚度隨冷卻速度的變化規(guī)律與其在石墨型中澆鑄時變化規(guī)律基本一致。由此表明：當合金成分不變時，冷卻速度是影響 TC4鑄件組織尺寸的主要因素?？蓪煞N鑄型中得到的實驗數(shù)據(jù)放在一起共同表征 TC4合金在重力場中澆鑄時組織尺寸隨冷卻速度變化關系。對于陶瓷殼型中TC4合金多組薄壁離心鑄件，當鑄件模數(shù)較小時，如：0mm

7、，當M>7.00mm時，鑄件冷卻速度隨模數(shù)變化并不明顯。TC4合金在陶瓷型及石墨型中離心澆鑄時，所得鑄件微觀組織形態(tài)均呈現(xiàn)片層狀的“魏氏組織”。在兩種鑄型材料中成形的離心鑄件，當鑄件所受離心力相等時，其晶粒尺寸及片層厚度均隨模數(shù)的增大而增加，且陶瓷型中鑄件模數(shù)對其組織尺寸影響更明顯。當鑄件模數(shù)相等時，石墨型中鑄件的晶粒尺寸及片層厚度比較細??；鑄件抗拉強度均隨模數(shù)的增大而減小，且陶瓷型中鑄件模數(shù)對其抗拉強度的影響更明顯。鑄件模數(shù)相等時，石