定向凝固過程鑄型鑄件雙介質(zhì)傳熱計算機實驗研究.pdf

1、定向凝固方法是一種具有較高技術(shù)含量的生產(chǎn)工藝，是生產(chǎn)柱狀晶、單晶和自生復合材料等高科技產(chǎn)品的主要工業(yè)手段。它在渦輪葉片、單晶銅等具有重大經(jīng)濟、軍事意義的產(chǎn)品的生產(chǎn)中有著廣泛的應用。目前，在定向凝固生產(chǎn)中，還存在著一些問題，主要是抽拉速度、加熱條件、冷卻條件的配合不當，造成固液界面形態(tài)控制不好，從而導致凝固組織和鑄件性能不能達到質(zhì)量要求。 因為溫度場的分布是定向凝固過程成敗的關(guān)鍵。所以要解決定向凝固生產(chǎn)中存在的問題，就必須深入研究

2、定向凝固過程的溫度場。本文根據(jù)定向凝固過程的特殊要求，采用了有限差分的方法，開發(fā)了溫度場模擬軟件。重點處理好將鑄型鑄件系統(tǒng)以一定的抽拉速度從加熱區(qū)拉到冷卻區(qū)的HRS定向工藝過程，以及鑄型鑄件雙介質(zhì)導熱的問題。 根據(jù)導熱、對流、輻射這三種傳熱基本形式的物理定律，選用了內(nèi)節(jié)點法對空間區(qū)域進行離散，建立了內(nèi)部節(jié)點和邊界節(jié)點的有限差分傳熱方程。 以柱晶渦輪葉片HRS定向凝固過程以及單晶銅棒的定向凝固過程，作為計算機模擬實驗的對象

3、。通過計算機實驗和正交設(shè)計分析方法，開展了工藝因素對固液界面形態(tài)影響規(guī)律的研究，并取得了一系列規(guī)律性認識。發(fā)現(xiàn)固液界面位置越靠近絕熱區(qū)，則越有利于柱晶及單晶的生長。定向凝固過程的計算機實驗為解決定向凝固生產(chǎn)實踐中發(fā)散度提供了技術(shù)途徑。 論文在溫度場計算機模擬方面還做了以下具有創(chuàng)新性的工作：1、開發(fā)了有限元網(wǎng)格轉(zhuǎn)換為有限差分網(wǎng)格以及利用解析幾何自動生成有限差分網(wǎng)格的程序。 2、開發(fā)了鑄型-鑄件耦合程序，以處理溫度場中的雙介