【正文】 eensure the casting quality,use the ProCASTto simulation TiAl alloyand analysis of the simulationthus to optimize the different of casting, casting speed and mold temperature were simulated, and after simulation, shrinkage and shrinkageThe mold temperature was 600℃, 400℃, 200℃ and 0℃are simulated and analyzed, The best overall performance finally found is mold temperature at 200℃。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。因?yàn)門(mén)iAl基合金熔體自身粘度大、流動(dòng)性差、且在高溫條件下輕易和其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的這些缺點(diǎn)，使得TiAl基合金成型尤其艱難，于是很多研究工作者嘗試不同的成型方法，目前運(yùn)用到TiAl基合金成型的方法有很多。然而由于TiAl基合金自身熔體流動(dòng)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(lái)的組織往往組織粗大、偏析嚴(yán)重，所以要想獲得良好的鑄件，尤其是薄壁鑄件更為艱難。德國(guó)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。而本課題采用真空吸鑄的方法，可以很好的彌補(bǔ)其他成型的缺陷 TiAl基合金的研究現(xiàn)狀 TiAl基合金的研究進(jìn)展由于TiAl合金具有的優(yōu)點(diǎn)有：合金密度低、彈性模量高、高溫強(qiáng)度高、高溫抗氧化性能高等許多突出的優(yōu)點(diǎn)，使得TiAl基合金受到國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者的關(guān)注，并把TiAl基合金作為下一代新型輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料。早在1950年，就有美國(guó)科學(xué)家對(duì)TiAl基合金的性能進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TiAl基合金的溫室塑性太差，而放棄研究。直至80年代末，美國(guó)科學(xué)家又開(kāi)發(fā)了二代TiAl合金，并經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，證明了二代TiAl合金具有優(yōu)良的綜合性能。國(guó)內(nèi)在TiAl合金的研究起步比較晚，沒(méi)有歐美起步早。到2007年，北京科技大學(xué)張寧等通過(guò)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(zhǎng)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。一般來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)熱處理TiAl基合金可以獲得四種組織：全片層組織、近片層組織、雙態(tài)組織、近γ組織。近片層組織(NL)，在剛低于T溫度不遠(yuǎn)的γ/α2兩相區(qū)進(jìn)行熱處理，經(jīng)爐冷或空冷就可以得到γ/α2片層團(tuán)和小量分布于層片團(tuán)間的等軸γ晶粒組成的近全片層組織。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]。（2）合金化及微合金化。(4)在基體中參加塑性纖維或加入塑性粒子。 TiAl基合金的應(yīng)用隨著人們對(duì)TiAl合金的不斷研發(fā)與探究，TiAl合金的潛在價(jià)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(shí)際應(yīng)用，TiAl基合金密度低，作為減重材料，來(lái)代替鎳基合金，更優(yōu)于鎳基合金。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(lái)制造汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)，制作一些發(fā)動(dòng)機(jī)的部件，例如，用來(lái)制造汽車(chē)的排氣閥，從而使得汽車(chē)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。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(lái)取代鎳基合金。當(dāng)我們選用粉末冶金技術(shù)時(shí)，首先得制備出純度、粒度符合要求的TiAl合金粉末，并且再經(jīng)過(guò)模壓、擠壓、燒結(jié)等技術(shù)處理手段才能是TiAl合金成行，而在粉末冶金成行方法得到的成品致密程度是限制粉末冶金使用的主要因素，致密度往往與TiAl合金的成分、顆粒大小、燒結(jié)時(shí)間、燒結(jié)溫度及加熱速度有關(guān)。在粉末冶金時(shí)間隙雜質(zhì)以及致密度問(wèn)題制約了該方法的應(yīng)用，但通過(guò)純化粉末的方法使得該方法得到改善和提高。其缺點(diǎn)是在燒結(jié)的時(shí)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。所以粉末冶金總體來(lái)說(shuō)還是處于蓬勃的良好的發(fā)展勢(shì)頭。熔模鑄造成本比較低，并且熔模鑄造可以得到尺寸精確、表面光滑的鑄件，最主要的特征是可以得到尺寸精度高、表面粗糙度小的鑄件，熔模鑄造還可以鑄造形狀復(fù)雜的鑄件，熔模鑄造還不受材料的限制，對(duì)于難以鍛造和難以加工的合金材料來(lái)說(shuō)，熔模鑄造是一個(gè)非常好的選擇，而且鑄造精度高，可以進(jìn)行精鑄。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(lái)精密的工件，則不需要二次加工，這樣將會(huì)省很多成本。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(mǎn)型腔，并凝固，使得合金液的充型能力更強(qiáng)，鑄造出來(lái)的鑄件更加致密。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。對(duì)TiAl基合金進(jìn)行鍛造時(shí)，鍛造負(fù)荷比較大，鍛造溫度很窄，微觀組織不均勻，局部容易過(guò)熱，鍛件表面容易產(chǎn)生裂紋。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(shí)進(jìn)行鍛造。如圖11等溫鍛造下的壓氣機(jī)葉片。（2）由于TiAl基合金的金屬液流動(dòng)性差，在熔模鑄造中需要很高的過(guò)熱度才能充型好，而在真空吸鑄中不需要太高的過(guò)熱度就可以很好地充型。（4）金屬液在澆鑄時(shí)，由于金屬液與型腔接觸，使得流動(dòng)速度減慢，凝固速度變快，使得充型能力下降，容易造成澆不足、流痕等缺陷，但真空吸鑄是在重力和上下壓差的作用下，使得充型能力得到提高，保證充型完整。由于TiAl基合金的彈性模量高，密度低，高溫強(qiáng)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(dòng)機(jī)制造等行業(yè)，成為飛機(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，深受從事高溫結(jié)構(gòu)材料研發(fā)的工作人員的青睞，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。鑄造成型數(shù)值模擬技術(shù)可以預(yù)測(cè)實(shí)際過(guò)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。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(guò)程中的氧化。（3）由于TiAl基合金液體的流動(dòng)性比較差，在熔模鑄造時(shí)需要給液體很高的溫度才能保證充型完整，而在真空吸鑄時(shí)，不需要太高的溫度就可以充型完整。第二章 研究方法及參數(shù)設(shè)置真空吸鑄充型過(guò)程是在金屬液自身重力和鑄型上下壓差作用下進(jìn)行充型的，使得充型動(dòng)力增加，而TiAl合金金屬液活性大，流動(dòng)性差，冷卻速度快，而真空吸鑄可以增加充型動(dòng)力，于是該工藝可以澆鑄小型薄壁件TiAl合金件。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。在充型過(guò)程中，為了避免鑄件產(chǎn)生縮松、縮孔、夾雜、澆不足等缺陷，我們必須對(duì)澆鑄工藝進(jìn)行優(yōu)化。在澆鑄過(guò)程中鑄型溫度也比較關(guān)鍵，當(dāng)鑄型溫度較高時(shí)，鑄型保溫效果好，但澆鑄時(shí)金屬液容易沖砂；當(dāng)鑄型溫度太低時(shí)，金屬液凝固速度太快，容易產(chǎn)生縮松、縮孔。本課題研究的是真空吸鑄對(duì)TiAl基合金的亞快速凝固行為，所以鑄件主要材料為T(mén)iAl合金，TiA合金的優(yōu)點(diǎn)是具有非常好的彈性模量，高溫強(qiáng)度和氧化性能，使得它在未來(lái)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)制作中成為一個(gè)具有很大吸引力的材料[10]。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]。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，更是高達(dá)12%的Nb已被用來(lái)作為合金添加劑[14]。與大多數(shù)合金均勻穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)一樣，可以用來(lái)為發(fā)動(dòng)機(jī)部件服務(wù)。所以在TiAl合金為主要材料的情況下，我還加入少量的Nb進(jìn)行模擬，%Al8%Nb進(jìn)行模擬。（2）%Al8%Nb，鑄型材料為冷鐵H13。凝固分?jǐn)?shù)線(xiàn)如圖21。首先控制澆鑄速度、換熱系數(shù)和鑄型溫度不變，單量變換澆鑄溫度，選取較好的澆鑄溫度，然后再控制澆鑄溫度不變，變換其他一個(gè)參數(shù)，選取最好個(gè)參數(shù)，依次進(jìn)行控制單一變量進(jìn)行模擬，注重目的選取一個(gè)最好的模擬參數(shù)。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)。利用凝固分?jǐn)?shù)及凝固時(shí)間來(lái)考察TiAl基合金在真空吸鑄過(guò)程中的凝固特性?？s松、縮孔的位置及大小是來(lái)分析鑄造過(guò)程中的工藝參數(shù)對(duì)縮松、縮孔的影響。本課題模擬具體步驟如下：(1) 首先用pro/e建立三維模型，鑄型如圖3鑄件如圖33。另存為igs格式(2) 將裝配圖的igs格式導(dǎo)入meshcast中進(jìn)行面網(wǎng)格和體網(wǎng)格的劃分。(4) 模擬完成后進(jìn)入可視化結(jié)果分析。網(wǎng)格劃分是決定procast能否正常模擬的比較關(guān)鍵的一步，也是比較困難的一步，如果網(wǎng)格劃分不好后面將無(wú)法進(jìn)行。另外網(wǎng)格步長(zhǎng)也是比較關(guān)鍵的，它決定模擬的精度。所以在滿(mǎn)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(zhǎng)設(shè)大一點(diǎn)，這樣就可以縮短模擬時(shí)間。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(lái)的溫度場(chǎng)才與實(shí)際才更加相近。當(dāng)溫度為1503℃時(shí)，從圖中可以看出凝固分?jǐn)?shù)為0，%Al8%Nb的液相線(xiàn)溫度為1503℃。與大多數(shù)合金均勻穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)一樣，可以用來(lái)為發(fā)動(dòng)機(jī)部件服務(wù)。所以在TiAl合金為主要材料的情況下，我還加入少量的Nb進(jìn)行模擬。%Al8%Nb合金的過(guò)冷度大，金屬液流動(dòng)性好，有利于充型。%Al8%%Al合金要穩(wěn)定。%Al8%Nb合金的密度與溫度之間的關(guān)系%Al合金的密度與溫度之間的關(guān)系%Al8%%Al