【正文】 右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） 字數(shù)要求：理工類設(shè)計（論文）正文字數(shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于 萬字。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，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。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。這幾個月以來，葉老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹向葉老師致以誠摯的謝意 和崇高的敬意。我們也可以通過理論來分析：在澆鑄過程中，薄板底部最先凝固且薄板底部凝固速度較快，當薄板底部凝固時自然放熱，這些熱量一部分被鑄型吸收，散熱到空氣中，而還有一部分則傳熱到薄板上部金屬液， 相當于給上部金屬液加熱，使得薄板上部金屬液溫度較高，薄板上部金屬液凝固速率就較慢，薄板下部過冷度就比薄板上部過冷度大，而過冷度越大，晶粒尺寸就越細小。 第 29 頁 共 34 頁 圖 圖 第 30 頁 共 34 頁 圖 圖 326 為薄板的組織間片層間距與組織距離薄板下部之間距離的圖，從該圖可以看出，隨著距離薄板底部距離鑄件增大，組織片層間距離也鑄件變大，距離薄板 0— 15mm這段距離中，片層間距先增大，后減小。薄板下部組織比較細小，組織越小，鑄件的強度、硬度越高，塑性、韌性越好?？偠灾?，在保證充型率的基礎(chǔ)上，要進行澆鑄工藝參數(shù)優(yōu)化，選擇合適澆鑄溫度、澆鑄速度、鑄型溫度等一系列工藝參數(shù)，從而節(jié)省能源，也保證澆鑄成型的鑄件性能也比較好，最終達到雙優(yōu) 。a) d) c) b) 第 26 頁 共 34 頁 其中對澆鑄速度的選取都比 ，澆鑄時明顯出現(xiàn)紊流如圖 320，而澆鑄時出現(xiàn)紊流這對鑄件十分有害，應(yīng)盡力避免。 a) b) c) d) 第 24 頁 共 34 頁 圖 ， 鑄型溫度為 a) 600℃、 b) 400℃、 c) 200℃、 d) 0℃ 由上面圖 318 中鑄型溫度分別為 600℃、 400℃、 200℃和 0℃圖可知，鑄型溫度為600℃時，應(yīng)力主要集中在薄板正中部，鑄型溫度為 400℃應(yīng)力集中在薄板中上部，鑄型溫度為 200℃時，整個薄板應(yīng)力比較小而且比較均勻，鑄型溫度為 0℃時應(yīng)力基本分布在薄板的底部位置，從此處應(yīng)力圖可以跟凝固分數(shù)圖聯(lián)合起來看，彼此是相互聯(lián)系的。 最后由圖 31圖 315 和圖 316 綜合分析，澆鑄溫度為 1550℃時，比較好。 首先對凝固分數(shù)進行分析，模擬后的凝固分數(shù)如圖 314 由上面圖 314 中澆注溫度分別為 1550℃、 1575℃、 1600℃、 1625℃凝固分數(shù)圖可知，澆鑄溫度越低時，澆口部位后期由于凝固原因，澆口通道越來越窄，則不利于澆口部位合金液向薄板補縮，薄板在后期凝固過程中容易產(chǎn)生縮松、縮孔。 圖 %Al 合金的焓值與溫度之間的關(guān)系 由圖 38 為 %Al8%Nb 合金的密度與溫度之間的關(guān)系與圖 39 為 %Al 合金的密度與溫度之間的關(guān)系可以看出， %Al8%Nb 合金的密度比 %Al 合金的密度大，造成這中情況產(chǎn)生的原因是加了 Nb 而產(chǎn)生的。 圖 %Al 合金固相分數(shù)與溫度之間的關(guān)系 Nb 或許是伽瑪鋁化物最重要的合金元素，眾所周知， Nb 可以用來提高伽瑪合金的 第 15 頁 共 34 頁 強度和抗氧化性能，目前尚不清楚， Nb 含量達到多少時可使疲勞趨近于開裂。面網(wǎng)格劃分時特別注意是否重合面，對有重合面的一定要注意進行處理，否則后面進行體網(wǎng)格劃分時就會出現(xiàn)比較多的交叉網(wǎng)格。 第 12 頁 共 34 頁 第三章真空 吸鑄 TiAl 基合金熔體充型規(guī)律 圖 31procast 模擬流程圖 數(shù)值模擬流程 Procast 軟件模擬的流程如圖 31， 首先建立三維模型，然后進行面網(wǎng)格劃分、體網(wǎng)格劃分，再進行參數(shù)設(shè)置，最后進行可視化處理，進行結(jié)果分析。所以初步選取模擬溫度為 1600℃ ，澆鑄速度為 (對應(yīng)是 3 秒澆鑄完 )，換熱系數(shù) h=1000（金屬型砂型換熱 系數(shù)一般為 100020xx），鑄型溫度為 600℃ 。目前尚不清楚， Nb 含量達到多少時可使疲勞趨近于開裂。當金屬液溫度過低時，薄壁件凝固速度過快，容易產(chǎn)生澆不足等缺陷；當金屬液過高時，在澆鑄過程中金屬液不斷的沖刷型腔，容易沖壞型腔，產(chǎn)生夾雜；當以過小的澆鑄速度進行澆鑄時，雖然金屬液能保持平穩(wěn)狀態(tài)進入型腔，但由于金屬液冷卻速度快，也容易產(chǎn)生澆不足；當澆鑄速度過快時，澆鑄時金屬液射流寬度較小，容易沖破型腔液面，擾動液面，容易產(chǎn)生氣泡和夾雜等缺陷，另外射流寬度小、速度大容易產(chǎn)生紊流，在型腔底部形成渦流。 （ 2）在真空條件下鑄造，型腔與外界存在壓力差，而在壓力差的條件下鑄造成型，可以 減少縮松、縮孔缺陷的形成。 （ 3） TiAl基合金高溫時活性強，很容易被氧化，而真空 吸鑄是在真空條件下進行，防止合金液在凝固過程中被氧化。但是也由于離心力的作用使得氣體、熔渣等雜物集聚在鑄件表面，使得鑄件質(zhì)量較差，需要進行再加工，也使得鑄件容易偏析。 鑄造冶金 目前應(yīng)用于 TiAl 基合金的鑄造成型方法主要有熔模鑄造、離心鑄造、反重力低壓 第 6 頁 共 34 頁 鑄造。 TiAl 基合金的成型技術(shù) 目前 TiAl 的成型方法主要有鍛造、粉末冶金和鑄造的方法，下面分別來談?wù)勂涑尚头椒ǖ膬?yōu)缺點 粉末冶金 TiAl 基合金塑性差，加工極為困難，利用粉末冶金可以得到成型的 TiAl 基合金零件，得到的組織也比鑄錠冶金的組織細小、均勻。（ 3）降低環(huán)境脆性。 TiAl 基合金的組織特點 γTiAl 合金具優(yōu)點有密度低、彈性模量高、高溫強度高、高溫抗氧化性能、抗蠕變性能， TiAl 基金屬間化合物較 Ti3Al 及 Ti 合金有顯著的優(yōu)越高溫性能 [8]， TiAl 基合金的合金成分、晶粒大小、加工方法決定其室溫拉伸 性能。早在上世紀 80 年代以來， TiAl 基合金就引起了國內(nèi)外廣大科研工作者的注意。隨著航天航空事業(yè)和造船業(yè)的迅猛的發(fā)展，對于發(fā)動機的 要求愈來愈高，而尤其是發(fā)動機的推重比跟不上是阻礙這些行業(yè)發(fā)展的最核心的問題，想提高發(fā)動機的性能，最主要是提高葉片的性能，而 TiAl合金的密度低等這些優(yōu)點，使得其成為發(fā)動機葉片的首選材料之一，但是由于 TiAl 基合金的室溫塑性差，加工成型能力不足，使得 TiAl 基合金的發(fā)展受到阻礙，所以 TiAl基合金材料的制備是一個非常的核心問題。本課題主要使用 ProCAST 軟件對 TiAl 合金進行鑄造模擬，并對模擬后的數(shù)據(jù)進行分析，從而來優(yōu)化工藝參數(shù)。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 本學(xué)位論文屬于 保密 □，在 _________年解密后適用本授權(quán)書。最后結(jié)論是當澆鑄溫度為 1550℃、鑄型溫度為 200℃、澆鑄速度為 。然而由于 TiAl基合金自身熔體流動性差、高溫易于其他物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)、粘度大等特征，使得 TiAl基合金熔體本身鑄造性能差，鑄造出來的組織往往組織粗大、偏析嚴重，所以要想獲得良好的鑄件，尤其是薄壁鑄件更為艱難。直至 80 年代末，美國科學(xué)家又開發(fā)了二代 TiAl合金，并經(jīng)過多次試驗，證明了二代 TiAl 合金具有優(yōu)良的綜合性能。近片層組織 (NL)，在剛低于 T 溫度不遠的 γ/α2 兩相區(qū)進行熱處理，經(jīng)爐冷或空冷就可以得到γ /α 2 片層團和小量分布于層片團間的等軸 γ 晶粒組成的近全片層組織。 TiAl 基合金的應(yīng)用 隨著人們對 TiAl 合金的不斷研發(fā)與探究， TiAl合金的潛在價值逐漸被人們所關(guān)注，應(yīng)用范圍也不斷的 被拓寬，研發(fā)的科研人員目光更注重 TiAl的實際應(yīng)用， TiAl 基合金密度低，作為減重材料，來代替鎳基合金，更優(yōu)于鎳基合金。 在粉末冶金時間隙雜質(zhì)以及致密度問題制約了該方法的應(yīng)用，但通過純化粉末的方法使得該方法得到改善和提高。 隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，鑄造技術(shù)受到廣泛資本家的歡迎，如果能夠直接鑄造出來精密的工件，則不需要二次加工，這樣將會省很多成本。 TiAl 基合金變形抗力受變形速度和變形溫度的影響較大，所以鍛造 TiAl基合金適用于等溫鍛造，即將鍛坯與磨具加熱到等溫時進行鍛造。由于 TiAl 基合金的彈性模量高，密度低，高溫強度 高，高溫抗氧化性能高，高溫抗蠕變性能好等優(yōu)良性能，使得 TiAl 基合金大量使用在航空航天和發(fā)動機制造等行業(yè)，成為飛機發(fā)動機和火箭推進系統(tǒng)所用的新一代高溫結(jié)構(gòu)材料中的候選材料之一，深受從事高溫結(jié)構(gòu)材料研發(fā)的工作人 第 8 頁 共 34 頁 員的青睞，但由于 TiAl 基合金的室溫脆性低，使得 TiAl 基合金的薄壁鑄件的鑄造更為艱難，因此，精密鑄造 TiAl基合金的應(yīng)用前景之廣闊。 第 9 頁 共 34 頁 第二章 研究方法及參數(shù)設(shè)置 真空吸鑄過程分析 真空吸鑄充型過程是在金屬液自身重力和鑄型上下壓差作用下進行充型的，使 得充型動力增加，而 TiAl合金金屬液活性大，流動性差，冷卻速度快，而真空吸鑄可以增加充型動力，于是該工藝可以澆鑄小型薄壁件 TiAl合金件。 實驗材料及模擬參數(shù)選取 實驗材料選取 本課題研究的是真空吸鑄對 TiAl 基合金的亞快速凝固行為，所以鑄件主要材料為TiAl 合金， TiA 合金的優(yōu)點是具有非常好的彈性模量，高溫強度和氧化性能，使得它在未來的渦輪發(fā)動機制作中成為一個具有很大吸引力的材料 [10]。所以在 TiAl 合金為主要材料的情況下，我還加入少量的 Nb進行模 擬，于是這次選擇的材料為 %Al8%Nb 進行模擬。模擬參數(shù)主要選取的有澆鑄溫度、澆鑄速度、鑄型溫度和換熱系數(shù)。另存為 igs 格式 (2) 將裝配圖的 igs 格式導(dǎo)入 meshcast 中進行面網(wǎng)格和體網(wǎng)格的劃分。所以在滿足模擬精度的情況下，盡可能的使用粗大網(wǎng)格，將網(wǎng)格步長設(shè)大一點 ，這樣就可以縮短模擬時間。所以在 TiAl 合金為主要材料的情況下，我還加入少量的Nb 進行模擬。 第 19 頁 共 34 頁 圖 %Al 合金的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度之間的關(guān)系 圖 %Al8%Nb 合金的粘度與溫度之間的關(guān)系 第 20 頁 共 34 頁 圖 313 .%Al 合金的粘度與密度之間的關(guān)系 總體來說，加 Nb 的 TiAl基合金整體性能比不加 Nb 的 TiAl 基合金性能要好。從此可以看出，并不是澆鑄溫度越高越好，應(yīng)選擇更好澆鑄溫度。對應(yīng)的縮松、縮孔面積理論上應(yīng)該減小。雖然鑄型溫度為 200℃和 0℃ 時凝固分數(shù)比較小的部位面積比較大，但是這些部位都處于澆口部位，而澆口部位尚未凝固，這些區(qū)域在后期凝固過程中就會得到合金液的補縮，應(yīng)力相對比較小。由圖323 縮松、縮孔圖可知，當澆鑄速度為 、縮孔缺陷最小，而且處于薄板頂部。 從圖 324 可以看出，薄板上部組織比 較粗大，片層間距也比較大。在連續(xù)冷卻情況下，冷卻速度越大，則過冷度越大，而理論上過冷度越大，鑄件的晶粒越小。 圖 327 為晶粒尺寸與晶粒距離薄板底部距離的大小的圖。做設(shè)計的過程是艱辛的，但是在我的努力之下還是完成了。 寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習的過程，在做畢業(yè)論文的過程中，通過查看文獻，查找資料，讓我對澆鑄整個過程有了更深刻、更系統(tǒng)的了解，尤其對澆鑄過程中的澆注溫度