【正文】 添加 Cr 元素TiAl 將會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 元素的波動對其高溫氧化行為具有影響。而當(dāng)前對于 TiAl 基合金在航空航天等領(lǐng)域的使用，尤其在發(fā)動機(jī)領(lǐng)域的使用更注重于薄壁鑄件，而對于 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。 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 共 34 頁 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]。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。 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。 （請?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 鑄造過程中的數(shù)值模擬 ............................................... 8 主要研究內(nèi)容 ....................................................... 8 第二章 研究方法及參數(shù)設(shè)置 ............................................. 9 真空吸鑄過程分析 ................................................... 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 ...................................................... 12 造型 ......................................................... 13 網(wǎng)格劃分 ..................................................... 14 物性參數(shù)計(jì)算 ...................................................... 14 工藝參數(shù) 對充型影響的數(shù)值模擬 ...................................... 20 3． 澆鑄溫度對充型的影響 ........................................ 20 鑄型溫度對充型的影響 ......................................... 23 澆鑄速度對充型的影響 ......................................... 25 數(shù)值模擬確定的充型影響從而控制優(yōu)化工藝參數(shù) ........................ 27 模擬后的薄板組織 .................................................. 28 致謝 ..................................................................... 32 參考文獻(xiàn) ................................................................ 33 第 1 頁 共 34 頁 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)動機(jī)和火箭動力系統(tǒng)所用的新一代高溫結(jié)構(gòu)材料中的候選材料之一。The mold temperature was 600℃ , 400℃ , 200℃ and 0℃ are simulated and analyzed, The best overall performance finally found is mold temperature at 200℃ 。德國學(xué)者 A. Choudhury 和及 M. Blum 研究發(fā)現(xiàn) [5]，鑄型加熱到 1000℃才可以防止鑄件中縮孔缺陷的發(fā)生。國內(nèi)在 TiAl合金的研究起步比較晚，沒有歐美起步早。近γ組織 (NG)， 在剛高于共析溫度的γ+α 兩相區(qū)進(jìn)行熱處理，得到基本都是由等軸γ晶粒所組成的組織，通常含有少量的細(xì)小 α相顆粒在γ晶界 [9]。由于 TiAl 合金的密度比較小，可以用與空行航天這些急需減重的高科技行業(yè)，還可以用來制造汽車的發(fā)動機(jī)，制作一些發(fā)動機(jī)的部件，例如，用來制造汽車的排氣閥，從而使得汽車的排氣閥質(zhì)量減輕，進(jìn)而減少噪音，改進(jìn)發(fā)動機(jī)性能。其缺點(diǎn)是在燒結(jié)的時候容易造成體積膨脹，導(dǎo)致成品致密度不高，合金組織均勻性差。由于離心鑄造時鑄型的旋轉(zhuǎn)速度很快，充型時金屬液在強(qiáng)大的離心力的作用下而充滿型腔，并凝固，使得合金液的充型能力更強(qiáng)，鑄造出來的鑄件更加致密。如圖 11 等溫鍛造下的壓氣機(jī)葉片。鑄造成型數(shù)值模擬技 術(shù)可以預(yù)測實(shí)際過程中工作人員在鑄造成型時鑄件可能產(chǎn)生的缺陷、產(chǎn)生的時間、缺陷的大小及缺陷的部位，從而進(jìn)行優(yōu)化鑄造成型工藝，確保鑄件質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短試制周期。由于金屬液活性較大，而型腔真空度比較高，避免了金屬液的氧化。航空 發(fā)動機(jī)的應(yīng)用需要仔細(xì)評估和改善伽瑪鋁化物許多方面的特性，包括疲勞，韌性和蠕變 [13]。 （ 2）鑄件材料為 %Al8%Nb，鑄型材料為冷鐵 H13。利用凝固分?jǐn)?shù)及凝固時間來考察 TiAl 基合金在真空吸鑄過程中的凝固特性。 (4) 模擬完成后進(jìn)入可視化結(jié)果分析。材料的熱物性參數(shù)直接決定著溫度場模擬的準(zhǔn)確性，只有材料飛熱物性參數(shù)非常精確，模擬出來的溫度場才與實(shí)際才更加相近。如果在相同溫度情況下進(jìn)行澆鑄時 %Al8%Nb 合金的過冷度大，金屬液流動性好，有利于充型。為了探究澆鑄溫度對鑄造成型的全過程的影響，選取的澆鑄速度為 ，換熱系數(shù)為1000w/m2k，鑄型溫度初 步選取 600℃。當(dāng)澆鑄溫度為 1550℃和 1575℃時，薄板只有中部凝固分?jǐn)?shù)比較小，其余基本完全凝固，并且面積也不是很大，而澆鑄溫度為 1600℃和 1625℃很明顯薄板中部凝固分?jǐn)?shù)比較小的面積明顯較前兩種大，尤其是澆鑄溫度為 1625℃時，中部還有一大片凝固分?jǐn)?shù)非常小的區(qū)域，很明顯在后期凝固過程中，交口處合金液得不到補(bǔ)縮，四周凝固收縮，就會造成應(yīng)力就非常大，由圖也可以明顯的反映出來，在下方有黃色區(qū)域，由對比卡可知，此處應(yīng)力更大。理想中的冷卻趨勢是從底部逐漸凝固，澆口部位最后凝固，如果這樣的話，合金液在凝固過程中就能得到補(bǔ)縮，縮松、縮孔將減少。鑄型溫度為 0℃時，縮松、縮孔比較分散，雖然面積不大，但對薄板件的整體性能會有很大影響。理論上澆鑄溫度越高，合金液流動性越強(qiáng)，雖然有利于充型，但澆鑄溫度太高，會造成粘砂，縮松、縮孔，熱烈，局部氧化，反應(yīng)氣孔偏多等危害。組織越粗大，相應(yīng)的晶粒越大。 (2) 變質(zhì)處理也稱調(diào)質(zhì)處理：即在金屬液結(jié)晶前，向金屬液中加入某些物質(zhì)（稱為變質(zhì)劑），這些物質(zhì)將分散在金屬液中，形成大量的非自發(fā)形核界面，或起阻礙晶體長大的作用，從而使得晶粒組織比較小，這種細(xì)化晶粒的方法，稱為變質(zhì)處理。 第 31 頁 共 34 頁 圖 總結(jié)，從圖 32圖 32圖 326 和圖 327 這四幅圖很容易看出，晶粒尺寸隨著組織距離薄板底部的距離增大而普遍增大，片層間距也隨著組織距離薄板底部的距離增大而普遍增大。每次遇到難題，我最先做的就是向葉喜蔥老師尋求幫助，而葉老師每次不管忙或閑，總會抽空來找我面談，或說定時間讓我去找他，然后教我如何解決。畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新、生活的開始。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng) 繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 3）其它