【正文】 凝固時(shí)就可以得到澆口部位合金液的補(bǔ)縮。最后由圖31圖315和圖316綜合分析，澆鑄溫度為1550℃時(shí)，比較好。d)b)a)c) ，澆鑄溫度為a) 1550℃、b) 1575℃、c) 1600℃、d) 1625℃ 由上面圖316中1550℃、1575℃、1600℃、1625℃縮松、縮孔圖可知：當(dāng)澆注溫度為1550℃時(shí)縮松、縮孔面積最小，縮松、縮孔位置處于板件的中部；當(dāng)澆注溫度為1575℃時(shí)，縮松、縮孔在薄板中部比較多，薄板底部存在少數(shù)；澆鑄溫度為1600℃時(shí)，縮松、縮孔位置主要集中在中下部；當(dāng)澆鑄溫度為1625℃時(shí)，縮松、縮孔面積最大，主要集中在中下部，并且中部還有少量縮松、縮孔。a)b)c)d) ，澆鑄溫度為a) 1550℃、b) 1575℃、c) 1600℃、d) 1625℃由上面圖315中1550℃、1575℃、1600℃、1625℃應(yīng)力圖可知，澆鑄溫度為1550℃時(shí)，主要應(yīng)力集中在薄板正中部，1575℃應(yīng)力集中在薄板中上部，1600℃應(yīng)力主要集中在薄板中下部，1625℃應(yīng)力基本分布在薄板的全部位置，從此處應(yīng)力圖可以跟凝固分?jǐn)?shù)圖聯(lián)合起來(lái)看，彼此是相互聯(lián)系的。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，澆口部位肯定比下面部位首先凝固，依然會(huì)造成澆口先凝固，薄板后期凝固中得不到金屬液的補(bǔ)縮，也容易造成縮松、縮孔。首先對(duì)凝固分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析，模擬后的凝固分?jǐn)?shù)如圖314由上面圖314中澆注溫度分別為1550℃、1575℃、1600℃、1625℃凝固分?jǐn)?shù)圖可知，澆鑄溫度越低時(shí)，澆口部位后期由于凝固原因，澆口通道越來(lái)越窄，則不利于澆口部位合金液向薄板補(bǔ)縮，薄板在后期凝固過(guò)程中容易產(chǎn)生縮松、縮孔。澆鑄溫度選取1550℃、1575℃、1600℃、1625℃進(jìn)行數(shù)值模擬。3．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。%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。%Al合金的焓值與溫度之間的關(guān)系%Al8%%Al合金的密度與溫度之間的關(guān)系可以看出，%Al8%%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。%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%%Al合金的性能進(jìn)行比較%Al8%%Al合金的凝固分?jǐn)?shù)與溫度之間的關(guān)系可以看出，%Al8%%Al合金的液相線溫度低，%Al8%%Al合金的所需的最低澆鑄溫度要低，從能源的角度來(lái)看，節(jié)省能源。但是對(duì)于鑄件，可用于修改組織的手段是非常有限的。%Al合金固相分?jǐn)?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(lái)提高伽瑪合金的強(qiáng)度和抗氧化性能，目前尚不清楚，Nb含量達(dá)到多少時(shí)可使疲勞趨近于開(kāi)裂。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℃。 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。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。面網(wǎng)格劃分時(shí)特別注意是否重合面，對(duì)有重合面的一定要注意進(jìn)行處理，否則后面進(jìn)行體網(wǎng)格劃分時(shí)就會(huì)出現(xiàn)比較多的交叉網(wǎng)格。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。(3) 進(jìn)行初始條件設(shè)置，先對(duì)鑄型和鑄件進(jìn)行材料設(shè)置，然后進(jìn)行邊界條件設(shè)置（包括澆鑄速度、澆鑄溫度、換熱系數(shù)及鑄型溫度），設(shè)置好后進(jìn)入ProCAST進(jìn)行模擬。然后將建立的鑄型跟鑄件裝配起來(lái)，裝配圖如圖34。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Procast軟件模擬的流程如圖31， 首先建立三維模型，然后進(jìn)行面網(wǎng)格劃分、體網(wǎng)格劃分，再進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，最后進(jìn)行可視化處理，進(jìn)行結(jié)果分析。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)。對(duì)模擬后的處理，主要通過(guò)模擬全過(guò)程中的動(dòng)畫來(lái)考察鑄造過(guò)程中的凝固分?jǐn)?shù)、溫度場(chǎng)及縮松、縮孔的位置和大小。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)。所以初步選取模擬溫度為1600℃，(對(duì)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10002000），鑄型溫度為600℃。（3）%Al8%Nb材料的液相線和固相線分別為1503℃和1444℃。本次模擬思路如下：（1）鑄件尺寸為20mm60mm2mm的薄板件，鑄型為高度為80mm直徑為24mm的圓柱體，冒口為圓錐形。但是對(duì)于鑄件，可用于修改組織的手段是非常有限的。目前尚不清楚，Nb含量達(dá)到多少時(shí)可使疲勞趨近于開(kāi)裂。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。鑄造和金由于其生產(chǎn)成本低，已被用來(lái)生產(chǎn)汽車的渦輪增壓器[11]和活塞[12] 。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。當(dāng)金屬液溫度過(guò)低時(shí)，薄壁件凝固速度過(guò)快，容易產(chǎn)生澆不足等缺陷；當(dāng)金屬液過(guò)高時(shí)，在澆鑄過(guò)程中金屬液不斷的沖刷型腔，容易沖壞型腔，產(chǎn)生夾雜；當(dāng)以過(guò)小的澆鑄速度進(jìn)行澆鑄時(shí)，雖然金屬液能保持平穩(wěn)狀態(tài)進(jìn)入型腔，但由于金屬液冷卻速度快，也容易產(chǎn)生澆不足；當(dāng)澆鑄速度過(guò)快時(shí)，澆鑄時(shí)金屬液射流寬度較小，容易沖破型腔液面，擾動(dòng)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。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。因?yàn)樾颓惶幱谡婵諚l件下，里面無(wú)空氣，所以金屬液在澆鑄時(shí)受到的熱氣體反作用力降低，大大減少了充型阻力，大大減小了薄壁件因充型冷卻速度太快而造成充型能力減小進(jìn)而導(dǎo)致澆不足等缺陷。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。（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。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。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(lái)越重要的作用。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。（3）TiAl基合金高溫時(shí)活性強(qiáng)，很容易被氧化，而真空吸鑄是在真空條件下進(jìn)行，防止合金液在凝固過(guò)程中被氧化。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。這樣就能在變形溫度較慢時(shí)進(jìn)行鍛造成型。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。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(jìn)行再加工，也使得鑄件容易偏析。離心鑄造與重力鑄造相比，鑄件更致密、充型能力更強(qiáng)。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。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。 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、反重力低壓鑄造。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。粉末冶金易于制造形狀比較復(fù)雜的零件而且可以節(jié)省大量的原材料，降低成本。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。 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(lái)談?wù)勂涑尚头椒ǖ膬?yōu)缺點(diǎn)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(xì)小、均勻。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。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。（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