DD5合金單晶定向凝固溫度場及雜晶控制的研究.pdf

1、鎳基單晶高溫合金葉片制備過程中易產(chǎn)生雜晶、晶粒取向偏差、雀斑、組織粗大等缺陷。其中雜晶的出現(xiàn)破壞了單晶的完整性，極大的降低了葉片的力學(xué)性能及使用壽命。因此，控制鎳基高溫合金雜晶的形成對提高單晶葉片組織性能有重要的意義?；诖耍疚睦糜嬎銠C(jī)模擬仿真技術(shù)及實驗研究，對DD5合金單晶定向凝固溫度場及雜晶的形成生長規(guī)律進(jìn)行了深入的研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用一種改進(jìn)的Monte Carlo模型對抽拉過程的溫度場進(jìn)行理論分析，將

2、影響溫度場變化的多個參數(shù)簡化為模殼表面散熱單元的角度參數(shù)。結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果，獲得了模殼位置、抽拉速度、模組數(shù)量等工藝參數(shù)對單晶定向凝固過程溫度場的影響規(guī)律。隔熱擋板上方，遠(yuǎn)爐壁側(cè)散熱速度較快，溫度較低；隔熱擋板下方，近爐壁側(cè)散熱速度較快。抽拉速度增加使得模殼表面散熱單元在單位時間內(nèi)可視角的增幅變大，模殼散熱能力增強(qiáng)，造成溫度場的傾斜程度增大。模組數(shù)量的增加，試樣之間相互遮擋作用增強(qiáng)，遠(yuǎn)爐壁端散熱能力減弱。⑵設(shè)計了一種具有不同變截面平臺的

3、試樣。對其進(jìn)行了溫度場、糊狀區(qū)及晶粒組織的數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明，直徑方向平臺只存在過冷形核這一種雜晶形成方式，而弦方向平臺雜晶的形成有縱向生長、橫向生長、過冷形核這三種方式。因此在傳統(tǒng)時間判據(jù)的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)的時間判據(jù)，用以判斷變截面平臺是否產(chǎn)生雜晶及產(chǎn)生雜晶的方式。⑶研究了抽拉速度及平臺尺寸對雜晶形成的影響規(guī)律。抽拉速度增加，平臺過冷度增加，臨界平臺尺寸ΔL（產(chǎn)生雜晶的平臺最小尺寸）減小。3mm/min抽拉速度下，ΔL為20cm；

4、7mm/min抽拉速度下，ΔL為14cm。在相同的抽拉速度下，平臺尺寸的增大也會造成平臺過冷度的增加，雜晶形成的傾向增加。⑷利用模擬仿真的方法優(yōu)化了模殼的組模方式，并對雜晶的形成位置進(jìn)行了預(yù)測。模擬結(jié)果與單晶定向凝固實驗結(jié)果吻合良好，表明了仿真模擬結(jié)果的正確性。⑸對變截面試樣平臺的雜晶生長形貌進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：水平位置最低的平臺產(chǎn)生了具有一定取向的雜晶，水平位置最高的平臺沒有雜晶形成，水平位置中間的平臺產(chǎn)生了雜亂無序的雜晶。研究試樣