高溫合金薄壁鑄件充填特性及鑄造工藝的研究.pdf

1、本文利用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)值模擬對(duì)高溫合金薄壁特征件充填過程及凝固組織演變規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究。借助同步輻射X射線成像技術(shù)原位觀察鋁銅模型合金薄壁特征件枝晶生長及演化過程,分析了薄壁處枝晶生長演變規(guī)律,探索了控制薄壁特征結(jié)構(gòu)處充填及凝固組織的機(jī)制。通過數(shù)值模擬和特征件澆鑄實(shí)驗(yàn),詳細(xì)研究了重力條件下底注式熔模鑄造的充型和凝固規(guī)律,為改進(jìn)重力工藝澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。在重力工藝研究基礎(chǔ)上,提出了一種適用于高溫合金薄壁鑄件的調(diào)壓鑄造成

2、形工藝方法并依照工藝要求設(shè)計(jì)了一套專用實(shí)驗(yàn)裝置。研究表明:
　　首先,采用同步輻射X射線成像技術(shù)對(duì)Al-20％Cu模型合金薄壁特征件枝晶演化過程進(jìn)行原位觀察。2mm和5mm厚的薄壁件的枝晶生長方式整體上呈現(xiàn)的特征是,先由兩側(cè)形核,形成枝晶,逐步向中心部位生長。同步輻射成像對(duì)共晶前沿移動(dòng)軌跡跟蹤發(fā)現(xiàn),當(dāng)板厚更薄時(shí)(2mm),共晶前沿以塊狀向前推進(jìn),枝晶網(wǎng)絡(luò)形成更快,凝固速度較快;當(dāng)板厚較厚時(shí)(5mm),共晶前沿以凹狀曲線向前推進(jìn),凝

3、固速度較慢。
　　其次,通過數(shù)值模擬的方法研究了鑄造工藝參數(shù)對(duì)K4169合金熔體在底注式熔模鑄造過程中的充型流動(dòng)規(guī)律及凝固過程的影響。結(jié)果得出,在一定的范圍內(nèi),澆注溫度、澆注流量及型殼溫度分別與K4169薄壁鑄件充填率和凝固特性成線性遞增關(guān)系。并確定了獲得充型及凝固特性良好的薄壁鑄件最佳工藝參數(shù)區(qū)間,當(dāng)澆注速度分別為2kg/s、3kg/s時(shí),能夠完整充型薄板鑄件的澆注溫度分別為1550℃或更高。同時(shí),說明在大型復(fù)雜薄壁鑄件的設(shè)計(jì)中

4、,盡量避免小于1.5mm薄壁板。
　　然后,通過重力條件下底注式熔模鑄造實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析,得到的澆注溫度與型殼溫度對(duì)薄壁板充填率及凝固組織的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果大體上與數(shù)值模擬一致。通過不同厚度的薄壁鑄件的凝固組織對(duì)比分析得到,薄壁件內(nèi)樹枝晶排布較為均勻,且枝晶位相較統(tǒng)一,并且枝晶生長方式是由兩側(cè)向中心生長,從而驗(yàn)證同步輻射成像中觀察的結(jié)果。
　　最后,針對(duì)高溫合金薄壁鑄件進(jìn)行調(diào)壓充型及凝固過程的數(shù)值模擬。對(duì)比分析說明K4169合金調(diào)