發(fā)布時間：2017-05-17 15:28

  本文關鍵詞：DD5合金單晶定向凝固溫度場及雜晶控制的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鎳基單晶高溫合金葉片制備過程中易產(chǎn)生雜晶、晶粒取向偏差、雀斑、組織粗大等缺陷。其中雜晶的出現(xiàn)破壞了單晶的完整性,極大的降低了葉片的力學性能及使用壽命。因此,控制鎳基高溫合金雜晶的形成對提高單晶葉片組織性能有重要的意義�；诖�,本文利用計算機模擬仿真技術及實驗研究,對DD5合金單晶定向凝固溫度場及雜晶的形成生長規(guī)律進行了深入的研究,主要內容和結論如下。(1)利用了一種改進的Monte Carlo模型對抽拉過程的溫度場進行理論分析,將影響溫度場變化的多個參數(shù)簡化為模殼表面散熱單元的角度參數(shù)。結合數(shù)值模擬結果,獲得了模殼位置、抽拉速度、模組數(shù)量等工藝參數(shù)對單晶定向凝固過程溫度場的影響規(guī)律。隔熱擋板上方,遠爐壁側散熱速度較快,溫度較低;隔熱擋板下方,近爐壁側散熱速度較快。抽拉速度增加使得模殼表面散熱單元在單位時間內可視角的增幅變大,模殼散熱能力增強,造成溫度場的傾斜程度增大。模組數(shù)量的增加,試樣之間相互遮擋作用增強,遠爐壁端散熱能力減弱。(2)設計了一種具有不同變截面平臺的試樣。對其進行了溫度場、糊狀區(qū)及晶粒組織的數(shù)值模擬研究。結果表明,直徑方向平臺只存在過冷形核這一種雜晶形成方式,而弦方向平臺雜晶的形成有縱向生長、橫向生長、過冷形核這三種方式。因此在傳統(tǒng)時間判據(jù)的基礎上提出了改進的時間判據(jù),用以判斷變截面平臺是否產(chǎn)生雜晶及產(chǎn)生雜晶的方式。(3)研究了抽拉速度及平臺尺寸對雜晶形成的影響規(guī)律。抽拉速度增加,平臺過冷度增加,臨界平臺尺寸ΔL(產(chǎn)生雜晶的平臺最小尺寸)減小。3mm/min抽拉速度下,ΔL為20cm;7mm/min抽拉速度下,ΔL為14cm。在相同的抽拉速度下,平臺尺寸的增大也會造成平臺過冷度的增加,雜晶形成的傾向增加。(4)利用模擬仿真的方法優(yōu)化了模殼的組模方式,并對雜晶的形成位置進行了預測。模擬結果與單晶定向凝固實驗結果吻合良好,表明了仿真模擬結果的正確性。(5)對變截面試樣平臺的雜晶生長形貌進行了研究,結果表明:水平位置最低的平臺產(chǎn)生了具有一定取向的雜晶,水平位置最高的平臺沒有雜晶形成,水平位置中間的平臺產(chǎn)生了雜亂無序的雜晶。研究試樣測溫點冷卻曲線發(fā)現(xiàn):凝固界面離水冷銅盤越近,熱傳導及熱輻射越強烈。隨著平臺高度的增加,葉片熱傳導及熱輻射作用減弱,導致平臺冷卻速度及過冷度均減小,造成平臺晶粒形貌的不同。
【關鍵詞】：DD5合金 雜晶 變截面 仿真模擬 溫度場
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG132.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 選題意義11-12
• 1.2 高溫合金的發(fā)展及定向凝固技術12-16
• 1.2.1 高溫合金的發(fā)展12-13
• 1.2.2 定向凝固技術的發(fā)展13-15
• 1.2.3 單晶高溫合金制備及應用研究進展15-16
• 1.3 溫度場的測試及模擬研究16-17
• 1.3.1 溫度場的測試16
• 1.3.2 溫度場仿真模擬16-17
• 1.4 凝固組織模擬研究現(xiàn)狀17-20
• 1.4.1 隨機法18-19
• 1.4.2 相場法19-20
• 1.5 單晶定向凝固過程中存在的主要問題20-24
• 1.5.1 單晶定向凝固中常見的缺陷20-21
• 1.5.2 雜晶缺陷的研究進展21-24
• 1.6 本論文研究內容24-25
• 第二章 實驗設計及方法25-31
• 2.1 數(shù)值模擬方法25-26
• 2.1.1 試樣設計25-26
• 2.1.2 模擬仿真實驗內容26
• 2.2 實驗合金26
• 2.3 單晶定向凝固實驗26-31
• 2.3.1 模殼制備27-29
• 2.3.2 試樣制備29-30
• 2.3.3 定向凝固過程的測溫30-31
• 第三章 定向凝固過程散熱規(guī)律的研究31-41
• 3.1 定向凝固傳熱數(shù)學模型31-34
• 3.2 模擬結果及討論34-39
• 3.2.1 試樣及實驗參數(shù)34
• 3.2.2 模殼與爐體相對位置對溫度場的影響34-36
• 3.2.3 抽拉速度對溫度場的影響36-37
• 3.2.4 模組數(shù)量對溫度場的影響37-39
• 3.3 本章小結39-41
• 第四章 DD5合金雜晶生長及控制的模擬研究41-59
• 4.1 模型建立及參數(shù)設置41-43
• 4.1.1 晶粒形核及生長數(shù)學模型41-42
• 4.1.2 試樣設計及模擬參數(shù)設置42-43
• 4.2 試樣溫度場及糊狀區(qū)模擬研究43-48
• 4.2.1 試樣縱截面溫度場模擬結果43-45
• 4.2.2 橫截面溫度場模擬結果45-46
• 4.2.3 糊狀區(qū)模擬結果46-48
• 4.3 平臺雜晶形成及生長規(guī)律研究48-56
• 4.3.1 組織模擬結果48-49
• 4.3.2 平臺雜晶的形成機制49-52
• 4.3.3 雜晶形成方式的模擬研究52-56
• 4.4 平臺尺寸及抽拉速度對雜晶形成的影響規(guī)律56-57
• 4.4.1 平臺尺寸對雜晶形成的影響規(guī)律56
• 4.4.2 抽拉速度對雜晶形成的影響規(guī)律56-57
• 4.5 本章小結57-59
• 第五章 變截面試樣單晶制備工藝設計及優(yōu)化59-71
• 5.1 組模方式對單晶生長影響的模擬研究59-62
• 5.1.1 試樣尺寸及組模方式設計59
• 5.1.2 不同組模方式下試樣定向凝固模擬研究59-62
• 5.2 變截面試樣制備及結果分析62-68
• 5.2.1 變截面試樣及平臺試樣制備62-64
• 5.2.2 變截面平臺試樣晶粒生長結果64-68
• 5.3 變截面平臺晶粒生長規(guī)律研究68-70
• 5.4 本章小結70-71
• 第六章 結論71-73
• 參考文獻73-82
• 致謝82-83
• 碩士學位期間發(fā)表論文及專利83

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;《先進材料定向凝固》[J];科學通報;2008年22期

2 ;《先進材料定向凝固》一書正式出版[J];鑄造;2008年09期

3 ;《先進材料定向凝固》一書正式出版[J];特種鑄造及有色合金;2008年09期

4 畢曉勤;傅恒志;;定向凝固裝置的改進與應用[J];熱加工工藝;2009年09期

5 陳榮章;定向凝固葉片在航空中的應用實例[J];航空材料;1979年01期

6 陳健，鄭啟，于洋，唐亞俊，，胡壯麒;一種測定定向凝固工藝參數(shù)的方法[J];材料工程;1994年10期

7 顧江平 ,趙勇 ,劉莊;定向凝固錠技術文獻綜述[J];大型鑄鍛件;1995年02期

8 劉含蓮,翟慎秋,田憲法,魏亞杰;附加外力作用下的合金定向凝固研究進展[J];鑄造;2000年01期

9 周振平 ,李榮德;定向凝固試驗研究現(xiàn)狀[J];特種鑄造及有色合金;2003年02期

10 汪冰峰,劉煜;定向凝固固液界面溫度場的探討[J];湖南工程學院學報(自然科學版);2003年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李俊濤;吳劍濤;王禎;燕平;曾強;;重型燃機用定向凝固合金及大尺寸葉片制備技術研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

2 李琨;蘇彥慶;駱良順;李新中;郭景杰;傅恒志;;定向凝固Ti-45Al-5Nb合金的組織演化規(guī)律[A];第十二屆全國鑄造年會暨2011中國鑄造活動周論文集[C];2011年

3 祁鶴;丁賢飛;林均品;張來啟;陳國良;;定向凝固Ti-46Al-5Nb合金顯微組織的研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

4 吳劍濤;李俊濤;蔡新宇;王禎;燕平;曾強;;重型燃機渦輪葉片定向凝固工藝研究[A];第十二屆中國高溫合金年會論文集[C];2011年

5 王哲;劉坤;任子平;;大型圓臺鋼錠定向凝固溫度場數(shù)值模擬[A];2010全國能源與熱工學術年會論文集[C];2010年

6 林濤;王博;劉玉;胡玉燕;盧東亮;孫艷輝;陳紅雨;;定向凝固法提純冶金級硅[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第4分冊）[C];2010年

7 余文軸;馬文會;魏奎先;楊斌;戴永年;;電磁定向凝固改善鋁硅合金性能的研究[A];2012年全國冶金物理化學學術會議專輯（下冊）[C];2012年

8 趙九洲;;過偏晶合金快速定向凝固的數(shù)值模擬[A];2000年材料科學與工程新進展（下）——2000年中國材料研討會論文集[C];2000年

9 趙坦;燕冰川;申健;張健;樓瑯洪;;液態(tài)金屬冷卻定向凝固對鑄件顯微組織的影響[A];動力與能源用高溫結構材料——第十一屆中國高溫合金年會論文集[C];2007年

10 陳登明;楊治立;田世龍;廖道瀚;秦躍林;;LNGT72定向凝固的有限元模擬[A];2009中國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集[C];2009年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 趙麗娜　張春艷;43所多晶硅定向凝固鑄錠爐交付使用[N];中國航天報;2010年

2 任佑;定向凝固提純鋁的裝置[N];中國有色金屬報;2002年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 梅向陽;真空定向凝固法去除硅中金屬雜質和晶體生長控制的研究[D];昆明理工大學;2010年

2 蔣光銳;氫在合金熔體中的溶解度與定向凝固多孔銅錳合金的研究[D];清華大學;2010年

3 楊天武;規(guī)則多孔銅的定向凝固制備技術及其孔隙結構分析[D];昆明理工大學;2013年

4 劉海霞;工藝因素對Al-4.5%Cu合金定向凝固組織及性能的影響[D];江蘇大學;2009年

5 王狂飛;Ti-Al合金定向凝固組織演化的數(shù)值模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學;2007年

6 高卡;定向凝固金屬間化合物Al_2Cu相的生長形態(tài)、取向及力學性能研究[D];西北工業(yè)大學;2014年

7 張成軍;定向凝固γ-TiAl基合金片層取向控制[D];哈爾濱工業(yè)大學;2008年

8 燕云程;Nb-Si基合金電磁冷坩堝定向凝固組織和性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

9 崔紅保;高溫度梯度定向凝固Al-In和Cu-Pb合金組織演化[D];哈爾濱工業(yè)大學;2007年

10 任濤林;Q235鋼和定向凝固鈦鋁合金板坯表層塑性變形及微觀組織演變[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄭達敏;真空定向凝固去除硅中揮發(fā)性雜質及其應用研究[D];昆明理工大學;2015年

2 袁銀梅;Er對Ti-47Al-(2,6,10)Nb合金凝固組織和力學性能的影響[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

3 何坤;冷坩堝定向凝固Nb-Ti-Si基超高溫合金的組織和性能[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

4 宋華偉;多場耦合下定向凝固法制備多晶硅的數(shù)值模擬[D];南昌大學;2015年

5 韓筱珩;中空側壁定向凝固傳熱實驗分析[D];遼寧科技大學;2015年

6 余燕;定向凝固制備Ni-Mn-Ga合金及外場訓練[D];東北大學;2013年

7 邵建國;定向凝固Mn-Sb自生復合材料組織與性能的研究[D];東北大學;2013年

8 王剛;定向凝固提純金屬鎳實驗研究[D];昆明理工大學;2014年

9 張炎;Mg-Sm-χCa合金定向凝固行為研究[D];太原科技大學;2015年

10 郭璐;鎂錳基合金定向凝固組織和性能的研究[D];太原科技大學;2015年

  本文關鍵詞：DD5合金單晶定向凝固溫度場及雜晶控制的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：373816