【正文】 對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。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(huì)抽空來找我面談，或說定時(shí)間讓我去找他，然后教我如何解決。 (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。理論上澆鑄溫度越高，合金液流動(dòng)性越強(qiáng)，雖然有利于充型，但澆鑄溫度太高，會(huì)造成粘砂，縮松、縮孔，熱烈，局部氧化，反應(yīng)氣孔偏多等危害。理想中的冷卻趨勢(shì)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。為了探究澆鑄溫度對(duì)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℃。材料的熱物性參數(shù)直接決定著溫度場(chǎng)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(chǎng)才與實(shí)際才更加相近。利用凝固分?jǐn)?shù)及凝固時(shí)間來考察 TiAl 基合金在真空吸鑄過程中的凝固特性。航空 發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用需要仔細(xì)評(píng)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]。鑄造成型數(shù)值模擬技 術(shù)可以預(yù)測(cè)實(shí)際過程中工作人員在鑄造成型時(shí)鑄件可能產(chǎn)生的缺陷、產(chǎn)生的時(shí)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。由于離心鑄造時(shí)鑄型的旋轉(zhuǎn)速度很快，充型時(shí)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。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(dòng)機(jī)，制作一些發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)性能。國內(nèi)在 TiAl合金的研究起步比較晚，沒有歐美起步早。The mold temperature was 600℃ , 400℃ , 200℃ and 0℃ are simulated and analyzed, The best overall performance finally found is mold temperature at 200℃ 。 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。 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(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]。中國科學(xué)院金屬腐蝕與防護(hù)研究所唐兆麟等 [] 在 1997 年通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在一定條件下通過添加 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。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。離心鑄造與重力鑄造相比，鑄件更致密、充型能力更強(qiáng)。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。為了滿足設(shè)計(jì)要求，合金化是一個(gè)用來優(yōu)化不同性能的基本手段。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)是指在凝固過程中合金溶液中固相的分?jǐn)?shù)。 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，也可以看出 %Al8%Nb 材料的固相線為 1444℃。澆鑄溫度選取 1550℃、 1575℃、 1600℃、 1625℃進(jìn)行數(shù)值模擬。鑄型溫度越高，保溫效果越好，合金凝固速度越緩慢，但是會(huì)造成鑄件組織粗大，力學(xué)性能不好。溫度過低會(huì)造成澆不足、夾渣、夾砂等缺陷。 （ 3） 附 加振動(dòng)。葉老師平日里工作繁多，但我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從外文翻譯到開題報(bào)告，至到論文選題，中期論文的修改，后期論文格式調(diào)整等各個(gè)環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導(dǎo)。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。除 了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。在這個(gè)過程中葉喜蔥老師給了我很大的的幫助，沒有他的盡心指導(dǎo)，我也不會(huì)順利完成這 次設(shè)計(jì)。增大冷卻速度的方法有：降低熔液的澆注溫度，選用散熱性能、導(dǎo)熱能力和吸熱性較好的鑄型材料等措施來達(dá)到。 數(shù)值模擬確定的充型影響從而控制優(yōu)化工藝參數(shù) 從上面對(duì)不同的澆鑄溫度、不同的鑄型溫度和不同的澆鑄速度進(jìn)行模擬分析，發(fā)現(xiàn)并不是澆鑄溫度越高越好。但是由于鑄型溫度越低，冷卻速度越快，如果澆口部位先出現(xiàn)凝固的話，則主要縮松、縮孔部位將出現(xiàn)在薄板中上部。 工藝參數(shù)對(duì)充型影響的數(shù)值模擬 3． 澆鑄溫度對(duì)充型的影響 澆鑄溫度對(duì)鑄造成型的影響非常大，澆鑄溫度越高，合金流動(dòng)性越好，便于充型。 物性參數(shù)計(jì)算 ProCAST 數(shù)值模擬的直接依據(jù)是材料的物性參數(shù)，材料的物性參數(shù)直接決定著模擬結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。對(duì)模擬后 的處理，主要通過模擬全過程中的動(dòng)畫來考察鑄造過程中的凝固分?jǐn)?shù)、溫度場(chǎng)及縮松、縮孔的位置和大小。鑄造和金由于其生產(chǎn)成本低，已被用來生產(chǎn)汽車的 渦輪增壓器 [11]和活塞 [12] 。 鑄造過程中的數(shù)值模擬 隨著時(shí)代的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)逐步應(yīng)用于鑄造領(lǐng)域，鑄造成型數(shù)值模擬技術(shù)在優(yōu)化熔模工藝和研究金屬熔模理論起著越來越重要的作用。于是離心鑄造技術(shù)在這樣的潮流的推動(dòng)下得到了廣泛的應(yīng)用。而航空和發(fā)動(dòng)機(jī)部件迫切需求減重材料，于是 TiAl 基合金騰空出世， 廣泛被采用。接著后來， TiAl 基合金不斷的被人類研究開發(fā)，其強(qiáng)大的優(yōu)良性能也不斷的展現(xiàn)出來，引起了很多學(xué)者的不斷研究的興趣，也促進(jìn)了航空航天也、造船業(yè)、醫(yī)療器具制造業(yè)的發(fā)展，逐步出現(xiàn)三代、四代 TiAl基合金。 關(guān)鍵詞 ： TiAl合金；鑄造成型； ProCAST 模擬；數(shù)據(jù)分析 第 2 頁 共 34 頁 【 Abstract】： The advantage of gamma TiAlbased alloys in low density, specific modulus, specific high temperature strength, creep resistance and oxidation resistance makes them became one of a new generation of high temperature structural materials used in aircraft engine and rocket propulsion. But the reason of the disadvantages of room temperature brittleness, poor ductility, feasibility of processing difficulties, which limits the application of TiAl alloy. With the development of the society, puter technology has been gradually applied to the field of casting, Forming numerical simulation can simulation staff in the casting process of the casting defects, the possible time, and predicte the defects in the parts of the casting, so as to optimize the casting process, ensure the casting quality, reduce the cost of production. This task mainly use the ProCAST software to simulation TiAl alloy casting process, and analysis of the simulation data, thus to optimize the process parameters. The different of casting temperature , casting speed and mold temperature were simulated, and after simulation, analysis the stress of solidification, shrinkage and shrinkage . 1550℃ , 1575℃ , 1600℃ and 1625℃ of the casting temperature is simulated respectively, The results showed that when the casting temperature was 1550℃ , the shrinkage porosity and shrinkage porosity of the casting were minimum.。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。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，從而限制了 TiAl 合金的應(yīng)用。到 20xx 年，北京科技大學(xué)張寧等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)適當(dāng)添加 Y元素可以提高高鈮 TiAl 合金的高溫長期抗氧化性，還可以起到細(xì)晶強(qiáng)化的作用，使外層晶粒細(xì)小從而形成致密的氧化膜，阻止進(jìn)一步氧化。 TiAl還有優(yōu)點(diǎn)如 ：該合金在 600—750℃ 之間具有良好的抗蠕變性能，部分可以用來取代鎳基合金。由于離心力的作用，離心鑄造還可以 對(duì)縮松縮孔、充型不足、氣孔、夾雜等缺陷進(jìn)行改善。 主要研究內(nèi)容 真空吸鑄是鑄造 TiAl基合金的一種新工藝技術(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面： （ 1）由于 TiAl 基合金的活性比較大，在空氣中容易氧化，而真空吸鑄在真空下進(jìn)行鑄造，避免了金屬液在凝固過程中的氧化。 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強(qiáng)度和抗氧化性能，更是高達(dá) 12%的 Nb 已被用來作為合金添加劑 [14]?？s松、縮孔的位置及大小是來分析鑄造過程中的工藝參數(shù)對(duì)縮松、縮孔的影響。當(dāng)溫度為 1503℃時(shí)，從圖中可以看出凝固分?jǐn)?shù)為 0，也可以看出 %Al8%Nb 的液 相線溫度為 1503℃。以下對(duì)模擬后的可視化結(jié)果進(jìn)行分析。從此可以看出，并不是鑄型溫度越高越好，應(yīng)選擇更加合適的鑄型溫度 。由圖 316 可以清楚的看出當(dāng)澆 鑄溫度為1625℃時(shí)，明顯縮松、縮孔面積比較大，與理論相符合；鑄型溫度越高，保溫效果越好，越有利于充型，但鑄型溫度過高，會(huì)造成組織粗大，組織韌性、塑性越低，對(duì)材料的性能不利，鑄型溫度過低，則保溫效果不好，凝固速度變快，會(huì)造成澆不足，