镍基高温合金雀斑缺陷数值模拟研究

发布时间：2023-04-29 17:35

　　镍基高温合金在定向凝固过程中形成的雀斑缺陷对铸件有很大破坏性,实验研究固然可以在一定程度上解释雀斑形成特点,但耗费大量的人力物力。随着计算机技术在材料科学领域的发展和应用,利用计算机模拟凝固过程,更有利于直观理解工艺参数对雀斑形成的影响规律。本课题基于体积元平均技术建立了热溶质对流为主要驱动力的宏观偏析三维预测模型。开发半隐式算法,即能量守恒方程和溶质守恒方程采用显式有限差分算法,动量守恒方程采用隐式SOLA(Solution Algorithm for Transient Fluid Flow)算法。模拟结果首先与文献中结果进行对比,其次与实验结果进行比较,两者定性吻合,验证模型算法的可靠性。采用所开发的模型和算法,研究不同抽拉速度对雀斑形成的影响,计算结果表明抽拉速度为0.10 cm/min的铸件形成雀斑倾向比抽拉速度为0.60cm/min的铸件严重。抽拉速度增加表明冷却速度增加,因此增大抽拉速度可以有效抑制雀斑缺陷形成。不同合金成分影响雀斑形成的模拟研究表明,与包含所有元素(CMSX-4)的铸件相比,无Ta元素铸件在表面形成明显宏观偏析和雀斑缺陷,因此Ta是抑制雀斑形成元素。无A...

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 镍基高温合金
        1.2.1 镍基高温合金的发展
        1.2.2 镍基高温合金的特点
    1.3 雀斑缺陷
    1.4 国内外研究现状
        1.4.1 国内研究现状
        1.4.2 国外研究现状
    1.5 主要研究内容
第2章 凝固过程的计算机模拟
    2.1 数学模型
        2.1.1 传输模型
        2.1.2 SOLA算法
    2.2 数值模拟参数
    2.3 边界条件及初始条件
    2.4 小结
第3章 数值模拟结果与分析
    3.1 对比Demirdzic文献模拟结果
    3.2 对比Beckermann文献模拟结果
    3.3 不同冷却速度下数值模拟结果与分析
        3.3.1 0.60 cm/min抽拉速度的数值模拟结果分析
        3.3.2 0.10 cm/min抽拉速度的数值模拟结果分析
    3.4 不同合金成分的数值模拟结果分析
        3.4.1 无Ta元素的铸件的数值模拟结果分析
        3.4.2 无Al元素的铸件的数值模拟结果分析
    3.5 不同几何形状的数值模拟结果分析
        3.5.1 收缩结构铸件的数值模拟结果分析
        3.5.2 棱柱结构铸件的数值模拟结果分析
    3.6 小结
第4章 实验验证
    4.1 实验条件及设备
    4.2 实验结果
    4.3 小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文和专利
致谢



本文编号：3805430