TiB 2 /Al叶轮铸件熔模铸造与数值模拟研究

发布时间：2021-07-03 12:27

　　颗粒增强型复合材料因其具有良好的耐高温、抗腐蚀、热膨胀系数低和较高的比强度、比模量等特点,近年来受到材料研究者们的密切关注,特别是在航空航天、汽车零部件生产、电子封装等领域的使用需求与日俱增。本文以TiB2/Al复合材料某叶轮铸件的熔模铸造工艺为研究对象,针对实际铸造生产中叶轮铸件出现的热裂缺陷,采用商业铸造分析软件ProCAST对其铸造过程的应力场、流场和温度场等进行模拟分析。通过观察铸件铸造全过程,预测并分析铸件热裂缺陷产生的位置和原因,并对原有的初始浇注工艺方案进行工艺优化。通过反复模拟实验,确定最佳工艺方案,以达到消除该种材料叶轮铸件存在热裂缺陷的目的。由于ProCAST软件自身的材料数据库中缺乏有关TiB2/Al材料的热物性与力学性能参数,且该种材料性能参数在固液两相区的测量工作十分困难。本文借助颗粒增强型复合材料性能参数计算公式,并依据Ti B2颗粒与A356合金各自的热物性和力学性能参数随温度的变化关系,建立了体积分数Vp为10%的TiB2/Al材料数据库,用于该种材料下叶轮铸件铸造过程的数值模拟研究。为验证建立的ProCAST中10%TiB2/Al材料数据库的可靠性,以... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题背景与意义
    1.2 颗粒增强型复合材料
        1.2.1 颗粒增强型复合材料研究现状
        1.2.2 颗粒增强型复合材料制备方法
        1.2.3 颗粒增强型复合材料力学性能的影响因素
    1.3 铸造应力场模拟技术
        1.3.1 铸造CAE模拟技术简介
        1.3.2 铸造CAE模拟技术发展趋势
        1.3.3 铸造过程应力场模拟分析的研究现状
    1.4 熔模铸造工艺
        1.4.1 熔模铸造工艺简介
        1.4.2 熔模铸造行业的发展现状
    1.5 课题研究目的及主要内容
        1.5.1 课题研究目的
        1.5.2 课题研究的主要内容
第二章 工艺方案设计与实验方法
    2.1 引言
    2.2 叶轮铸件结构分析与前处理参数确定
        2.2.1 叶轮铸件结构分析与模型建立
        2.2.2 浇注系统设计与型壳网格划分
        2.2.3 前处理运行参数的确定
    2.3 TiB_2/Al复合材料性能参数研究
        2.3.1 TiB_2/Al复合材料热物性参数研究
        2.3.2 TiB_2/Al复合材料高温力学性能参数研究
    2.4 ProCAST软件简介
        2.4.1 ProCAST功能和模块应用特点
        2.4.2 ProCAST应力场数理基础与求解算法
    2.5 本章小结
第三章 TiB_2/Al叶轮铸件熔模铸造数值模拟分析
    3.1 引言
    3.2 初始工艺方案的模拟与分析
        3.2.1 温度场模拟与分析
        3.2.2 应力场模拟与分析
        3.2.3 实验结果与模拟对比分析
    3.3 工艺方案优化与对比分析
    3.4 本章小结
第四章 熔模铸造实验与材料组织观察
    4.1 引言
    4.2 TiB_2/Al叶轮铸件熔模铸造浇注实验
        4.2.1 压型设计
        4.2.2 蜡模材料选用与制备
        4.2.3 型壳材料选用与制备
        4.2.4 型壳脱蜡与焙烧
    4.3 TiB_2/Al复合材料制备与浇注实验
        4.3.1 实验材料与设备
        4.3.2 材料制备工艺过程
        4.3.3 浇注实验与结果分析
    4.4 铸件裂纹检测与微观组织观察实验
        4.4.1 铸件热裂检测实验
        4.4.2 铸件材料微观组织观察实验
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 本课题的主要工作与总结
    5.2 研究中存在的问题与展望
参考文献
致谢
在读学位期间发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]液态金属冷却法制备重型燃机定向结晶空心叶片凝固过程的实验与模拟[J]. 卢玉章,席会杰,申健,郑伟,谢光,楼琅洪,张健.  金属学报. 2015(05)
[2]快速成型技术在熔模精密铸造中的应用[J]. 张建平,高飞,王玲玲.  新技术新工艺. 2014(03)
[3]颗粒形状对复合材料拉伸力学行为影响的有限元模拟[J]. 肖新华,蔺绍江,殷亚军.  热加工工艺. 2013(20)
[4]碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究现状与展望[J]. 王行,谢敬佩,郝世明,王爱琴.  稀有金属与硬质合金. 2013(03)
[5]多元多相合金凝固微观组织相场法模拟研究进展[J]. 孙瑞霞,王锦程,李俊杰.  铸造. 2012(09)
[6]LMC法制备定向重型燃机叶片的组织性能研究[J]. 姜祥伟,李辉.  铸造技术. 2012(07)
[7]调节片熔模铸造过程的应力数值模拟[J]. 洪耀武,王铁军,韩大平,许庆彦,柳百成.  中国有色金属学报. 2012(07)
[8]K418合金车用增压涡轮熔模铸造过程数值模拟及热裂预测[J]. 石照夏,董建新,张麦仓,郑磊.  铸造. 2012(06)
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[10]原位自生TiB2/A356复合材料拉伸行为的细观分析[J]. 徐建明,王斐霏,王浩伟,苏跃增.  材料导报. 2012(06)

硕士论文
[1]基于MATLAB平台有限单元法的铸造热应力场数值模拟[D]. 向智.华中科技大学 2011
[2]A356合金铸造热应力数值模拟及热裂纹预测[D]. 赵征伟.哈尔滨工业大学 2011
[3]铝合金熔模精密铸造工艺研究[D]. 王军锋.浙江工业大学 2010



本文编号：3262580