【正文】 Al8%Nb 合金的粘度比 %Al 合金的粘度大，然而合金液粘度越大，則充型越困難。 圖 %Al8%Nb 合金的焓值與溫度之間的關(guān)系 由圖 36 %Al8%Nb 合金的焓值與溫度之間的關(guān)系與圖 37 為 %Al 合金 第 16 頁(yè) 共 34 頁(yè) 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， %Al 合金的焓值明顯要比 %Al8%Nb 合金的焓值高，并且 %Al 合金的焓值隨溫度的增長(zhǎng)率也比%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。但是對(duì)于鑄件，可用于修改組織的手段是非常有限的。 圖 21 為合金固相分?jǐn)?shù)線(xiàn)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，也可以看出 %Al8%Nb 材料的固相線(xiàn)為 1444℃。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。 第 13 頁(yè) 共 34 頁(yè) 圖 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 造型 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。然后將建立的鑄型跟鑄件裝配起來(lái)，裝配圖如圖 34。本課題中的最終凝固溫度為600℃ ，因?yàn)?600℃ 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)。 圖 第 11 頁(yè) 共 34 頁(yè) 研究方案 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)。 （ 3）由于 %Al8%Nb 材料的液相線(xiàn)和固相線(xiàn)分別為 1503℃ 和 1444℃ 。但是對(duì)于鑄件，可用于修改 第 10 頁(yè) 共 34 頁(yè) 組織的手段是非常有限的。為了滿(mǎn)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。 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。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。 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。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。 圖 12 真空吸鑄示意圖 精密鑄造小型薄壁 TiAl 合金件的應(yīng)用前景 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。 圖 11 等溫鍛造壓氣機(jī)葉片 第 7 頁(yè) 共 34 頁(yè) 真空吸鑄 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。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。離心鑄造與重力鑄造相比，鑄件更致密、充型能力更強(qiáng)。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。但近年來(lái)開(kāi)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。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。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。（ 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 第 5 頁(yè) 共 34 頁(yè) 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。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(wèn)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。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。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 20xx 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。 15 年后，美國(guó)學(xué)家 第 4 頁(yè) 共 34 頁(yè) 教授對(duì) TiAl 進(jìn)行了深層次的研究，最后發(fā)現(xiàn) 擁有最佳性能，即第一代 TiAl基合金 。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(wèn)題，從而獲得良好的 TiAl基合金的薄壁鑄件。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。 The casting speed of , analyzed, 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 3 頁(yè) 共 34 頁(yè) 第一章 緒論 課題的目的及意義 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]。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；對(duì)澆鑄速度分別為 、 ，最后發(fā)現(xiàn) 縮松、縮孔缺陷最小。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。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。 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(shū) 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。 作者簽名： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 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(mén)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。 （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 課題的目的及意義 ................................................... 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 粉末冶金 ...................................................... 5 鑄造冶金 ...................................................... 5 鍛造成型 ...................................................... 6 真空吸鑄 ...................................................... 7 精密鑄造小型薄壁 TiAl 合金件的應(yīng)用前景 .............................. 7 鑄造過(guò)程中的數(shù)值模擬 ............................................... 8 主要研究?jī)?nèi)容 ....................................................... 8 第二章 研究方法及參數(shù)設(shè)置 ............................................. 9 真空吸鑄過(guò)程分析 ................................................... 9 實(shí)驗(yàn)材料及模擬參數(shù)選取 ............................................. 9 實(shí)驗(yàn)材料選取 .................................................. 9 模擬參數(shù)選取 ................................................. 10 研究方案 .......................................................... 11 第三章真空吸鑄 TiAl 基合金熔體充型規(guī)律 .............................. 12 數(shù)值模擬流程 ...............................