鈦合金定向凝固組織模擬.pdf

1、鈦合金具有高的比強(qiáng)度和比模量，且有良好的抗高溫蠕變和抗氧化的能力等優(yōu)良性能，使該合金廣泛地應(yīng)用于航空、航天等各個(gè)領(lǐng)域。定向凝固技術(shù)可控制凝固組織生長(zhǎng)方向，因而可極大地提高合金在特定方向上的各種力學(xué)性能和高溫性能。凝固組織數(shù)值模擬技術(shù)，是研究鈦合金定向凝固組織的科學(xué)、有效、實(shí)用的好方法。特別對(duì)于具有動(dòng)態(tài)抽拉的定向凝固過程，采用凝固組織數(shù)值模擬技術(shù)研究具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。
　　本論文采用宏微觀相耦合的方法，結(jié)合有限差分法(FDM)和元胞自

2、動(dòng)機(jī)法(CA)建立了在移動(dòng)條件下的鈦合金定向凝固組織模擬數(shù)學(xué)模型。經(jīng)過編程，實(shí)現(xiàn)了鈦合金定向凝固的動(dòng)態(tài)模擬過程，獲得了鈦合金鑄錠在抽拉情況下定向凝固組織形核、生長(zhǎng)的演變規(guī)律。為研究在移動(dòng)過程中的定向凝固組織演變規(guī)律，提供了一種有效實(shí)用的方法。
　　本文在參照實(shí)際定向凝固實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了計(jì)算模型，并確定了模擬的初始條件和邊界條件，應(yīng)用所開發(fā)的動(dòng)態(tài)模擬程序?qū)︹伜辖?Ti-49Al)進(jìn)行了模擬。在模擬過程中，選擇了幾個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)(

3、如抽拉速度等)，在其它參數(shù)不變的條件下，來研究其規(guī)律，包括對(duì)溫度場(chǎng)的影響和對(duì)組織的影響。
　　通過模擬，獲得了在定向凝固條件下，抽拉速度、熔體過熱度和加熱區(qū)距冷卻液液面高度等工藝參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)和組織的影響規(guī)律。模擬結(jié)果表明，隨著抽拉速度的減小，固液界面形狀由下凹向平直演變，且固液界面處的溫度梯度逐漸增大，柱狀晶間距增大，晶粒數(shù)量減少。隨著熔體過熱度的增大，溫度梯度增大，柱狀晶間距增大，晶粒數(shù)量減少。而隨著加熱區(qū)距冷卻液液面高度的增大