【正文】 m became對(duì)不同的澆鑄溫度，澆鑄速度和鑄型溫度進(jìn)行模擬，并對(duì)模擬后的凝固分?jǐn)?shù)，應(yīng)力，縮松、縮孔進(jìn)行分析。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”）作者簽名： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 年 月 日 目錄摘要 1第一章 緒論 3 3 TiAl基合金的研究現(xiàn)狀 3 TiAl基合金的研究進(jìn)展 3 TiAl基合金的組織特點(diǎn) 4 TiAl基合金的應(yīng)用 5 TiAl基合金的成型技術(shù) 5 5 5 6 7 7 8 8第二章 研究方法及參數(shù)設(shè)置 9 9 9 9 10 11第三章真空吸鑄TiAl基合金熔體充型規(guī)律 12 12 13 14 物性參數(shù)計(jì)算 14 203． 20 23 25 27 28致謝 32參考文獻(xiàn) 33第 38 頁(yè) 共 34 頁(yè)真空吸鑄TiAl基合金亞快速凝固行為研究學(xué) 生：熊凌云指導(dǎo)老師：葉喜蔥三峽大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院【摘要】：TiAl合金具有的優(yōu)點(diǎn)有密度低、彈性模量高、高溫強(qiáng)度高、抗蠕變性能高好、高溫抗氧化性能強(qiáng)，是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭動(dòng)力系統(tǒng)所用的新一代高溫結(jié)構(gòu)材料中的候選材料之一。作者簽名： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 真空吸鑄TiAl基合金亞快速凝固行為的研究 （1）論文原創(chuàng)性聲明和版權(quán)使用授權(quán)書 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。但由于其缺點(diǎn)有室溫脆性較大，延展性差，可行性加工困難等，從而限制了TiAl 合金的應(yīng)用。對(duì)澆鑄溫度分別為1550℃、1575℃、1600℃、1625℃進(jìn)行模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)澆鑄溫度1550℃時(shí)，鑄件縮松、縮孔缺陷最??；對(duì)鑄型溫度分別為600℃、400℃、200℃和0℃進(jìn)行模擬分析，最后發(fā)現(xiàn)鑄型溫度為200℃時(shí)總體性能最好；、縮孔缺陷最小。one of a new generation of aircraft engine andbrittleness,TiAl alloy. With the development of the society,numerical simulation can simulationand predicte the defects in the parts of the casting,reduce the cost of production. This task mainlycasting process,process parameters. The analysis the stress of solidification, The casting speed of , , Finally found the shrinkage and shrinkage defects of the minimum is casting speed of ℃, the casting temperature is 1550℃ and the casting speed is , the casting is best.Keywords: TiAl alloy ；casting molding ；ProCAST simulation ；analysis第一章 緒論γTiAl合金具優(yōu)點(diǎn)有密度低、彈性模量高、高溫強(qiáng)度高、抗蠕變性能、高溫抗氧化性能，是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭推進(jìn)系統(tǒng)所用的新一代高溫結(jié)構(gòu)材料中的候選材料之一[13]。如粉末冶金、離心鑄造、熔模鑄造、機(jī)械和進(jìn)化等等成型方法。而當(dāng)前對(duì)于TiAl基合金在航空航天等領(lǐng)域的使用，尤其在發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的使用更注重于薄壁鑄件，而對(duì)于TiAl基合金的薄壁鑄件鑄造又由為困難，所以本課題采用另一種成型方法即真空吸住的亞快速凝固行為的研究，想突破傳統(tǒng)的鑄造成型困難的問題，從而獲得良好的TiAl基合金的薄壁鑄件。15年后， 教授對(duì)TiAl進(jìn)行了深層次的研究，即第一代TiAl基合金。中國(guó)科學(xué)院金屬腐蝕與防護(hù)研究所唐兆麟等[] 在1997年通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在一定條件下通過(guò)添加Cr元素TiAl將會(huì)具有特別好的防氧化效果，到2000年西北有色金屬研究所發(fā)現(xiàn)Al元素的波動(dòng)對(duì)其高溫氧化行為具有影響。全片層組織一般組織比較粗大，室溫延展性和強(qiáng)度較低，降低組織尺寸可以改善。由于TiAl室溫塑性低一直是阻礙其發(fā)展的主要因素，為了使TiAl得到良好的應(yīng)用，必須解決其室溫塑性低的問題，然而可以通過(guò)改變TiAl的組織進(jìn)而來(lái)改變TiAl的溫室塑性，經(jīng)過(guò)科研人員的大量實(shí)驗(yàn)表明，控制TiAl的微觀組織可以提高TiAl的溫室塑性，目前改善微觀組織的方法主要有五種：（1）完善制備工藝，設(shè)計(jì)合理的制造工藝。（5）改進(jìn)微觀組織可以采用雙相顯微組織，而雙態(tài)組織擁有良好的室溫塑性，但斷裂韌性和抗蠕變性能較差；還可以通過(guò)細(xì)化晶粒尺寸減小滑移帶長(zhǎng)度，進(jìn)而減小滑移面的位錯(cuò)長(zhǎng)度和位錯(cuò)堆積，但會(huì)造成滑移面交截處和晶界的應(yīng)力集中，容易形成裂紋；還可以通過(guò)控制晶界雜質(zhì)析出和控制板條間距，由于晶界雜質(zhì)第二象可以阻礙位錯(cuò)的發(fā)生，而析出雜質(zhì)第二象則會(huì)導(dǎo)致晶界脆性，所以需要控制其析出的量。另外，又由于TiAl基合金的比模量高，可以制作隔板、渦輪葉等一下需要高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)件上。原顆粒越小，則致密度越高，加熱速度越快則不利于提高成品致密度。但近年來(lái)開發(fā)了幾種具有良好發(fā)展前景的TiAl合金粉末凈形加工技術(shù)，還有J. Moll認(rèn)為，粉末冶金技術(shù)可以減小偏析和加工周期。但由于TiAl在高溫下具有很高的活性，可以與耐熱的材料反應(yīng)，這樣就使得在熔模鑄造時(shí)鑄件表面容易產(chǎn)生污染層，如此影響鑄件的外觀質(zhì)量，也影響鑄件的內(nèi)在性能。離心鑄造與重力鑄造相比，鑄件更致密、充型能力更強(qiáng)。所以常常鍛造出來(lái)的零件可塑性比較差，難以鍛出比較復(fù)雜的零件，材料利用率比較低。圖11 等溫鍛造壓氣機(jī)葉片 金屬型底注式真空吸鑄是一種鑄造 TiAl 基合金材料新工藝技術(shù)如圖12，可以很好地彌補(bǔ)TiAl其他鑄造成型方法中的缺陷，其優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：（1）由于合金液體在上下壓差下凝固，可以減小縮松縮孔等缺陷。圖12真空吸鑄示意圖早在很多年前世界上那些發(fā)達(dá)國(guó)家就對(duì)TiAl基合金在航空航天行業(yè)進(jìn)行了深入研究，尤其作為世界超級(jí)大國(guó)的美國(guó)，對(duì)TiAl合金的研究更早。主要有應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬、充型數(shù)值模擬、縮松縮孔數(shù)值模擬。本課題主要是利用procast軟件對(duì)小薄壁型TiAl基合金鑄件進(jìn)行鑄造成型數(shù)值模擬，觀察模擬整個(gè)過(guò)程中的充型過(guò)程和溫度變化，以及調(diào)整工藝參數(shù)從而減少模擬過(guò)程中縮松、縮孔等缺陷的產(chǎn)生，從而優(yōu)化工藝。還有在真空條件下，有利于充型過(guò)程中的氣體排出，在上下壓差下，減小了在凝固過(guò)程中縮松、縮孔缺陷的產(chǎn)生。綜上所述，所以澆鑄過(guò)程中要選擇一定的澆鑄溫度、澆鑄速度和鑄型溫度。為了滿足設(shè)計(jì)要求，合金化是一個(gè)用來(lái)優(yōu)化不同性能的基本手段。但是對(duì)于鑄件，可用于修改組織的手段是非常有限的。（3）%Al8%Nb材料的液相線和固相線分別為1503℃和1444℃。本課題主要利用procast來(lái)進(jìn)行TiAl基合金真空吸鑄的充型模擬和凝固過(guò)程的模擬來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐，由于設(shè)備有限，只進(jìn)行模擬，不進(jìn)行試驗(yàn)。本課題中的最終凝固溫度為600℃，因?yàn)?00℃時(shí)TiAl早以完全凝固，設(shè)置凝固最終溫度為600℃時(shí)可以縮短模擬時(shí)間，而凝固時(shí)間是指合金溶液從澆鑄溫度冷卻到600℃時(shí)所用的時(shí)間，凝固分?jǐn)?shù)是指在凝固過(guò)程中合金溶液中固相的分?jǐn)?shù)。然后將建立的鑄型跟鑄件裝配起來(lái)，裝配圖如圖34。a)b) 圖33鑄件圖圖34. a)為裝配后的框架圖，b)為裝配后的實(shí)物圖本課題中的三維造型是用pro/e進(jìn)行三維造型的，鑄件的是20mm60mm2mm的薄板件，鑄型為高度為80mm直徑為24mm的圓柱體，其中內(nèi)部去除了跟鑄件一模一樣尺寸的長(zhǎng)方體，正好跟鑄件組裝，冒口為圓錐形。網(wǎng)格越細(xì)小，網(wǎng)格數(shù)越多，模擬精度越高，但模擬時(shí)間就越長(zhǎng)；網(wǎng)格步長(zhǎng)越大，網(wǎng)格數(shù)越少，模擬精度越小，模擬時(shí)間越短。圖21為合金固相分?jǐn)?shù)線與溫度的關(guān)系，從圖中可以清楚的看出，當(dāng)溫度為1444℃時(shí)，凝固分?jǐn)?shù)為1，%Al8%Nb材料的固相線為1444℃。但是對(duì)于鑄件，可用于修改組織的手段是非常有限的。%Al8%Nb合金的焓值與溫度之間的關(guān)系由圖36 %Al8%%Al合金的焓值與溫度之間的關(guān)系進(jìn)行比較可以看出，在相同溫度下，%%Al8%Nb合金的焓值高，%%Al8%Nb合金大，而焓值在熱力學(xué)中表示物質(zhì)系統(tǒng)能量的狀態(tài)參數(shù)，焓值越高，物質(zhì)系統(tǒng)能量越大，越不穩(wěn)定。%Al8%Nb合金的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度之間的關(guān)系%Al8%%Al合金的粘度與密度之間的關(guān)系可以看出，%Al8%%Al合金的粘度大，然而合金液粘度越大，則充型越困難。澆鑄溫度選取1550℃、1575℃、1600℃、1625℃進(jìn)行數(shù)值模擬。但由于澆鑄溫度高，凝固速度緩慢，從圖314中澆鑄溫度為1625℃時(shí)，很明顯可以看出，薄板中下部凝固分?jǐn)?shù)比較小，液相所占比例較大，但澆口部位凝固分?jǐn)?shù)比較高，在后期d)c)b)a) ，澆鑄溫度為a) 1550℃、b) 1575℃、c) 1600℃、d) 1625℃凝固過(guò)程中，澆口部位肯定比下