基于快速铸造的钛合金数值模拟及组织性能
发布时间：2021-01-14 10:35
利用选区激光烧结（SLS）技术,建立ZTC4合金熔模铸造试验模型,通过ProCAST软件对其温度场和凝固过程进行分析,结合CAF?模块对晶粒生长结构进行研究,同时研究了合金的微观组织及力学性能。结果表明,采用底注式浇注系统时,合金液从外向内顺序凝固,没有夹渣卷入缺陷。试样底部的冷却速率>顶部冷却速率,平均冷却速率为1.26℃/s,组织中存在魏氏组织,底部晶粒尺寸小于顶部,试样平均屈服强度和抗拉强度分别为785.67 MPa、937.55 MPa,伸长率和断面收缩率分别为14.83%和19.33%,综合性能满足标准要求。
【文章来源】：特种铸造及有色合金. 2020,40(09)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
试棒三维模型及网格划分结果
基于JMatPro软件分析得到钛合金的热物性参数见图2。采用XJRPSLS300选择性激光烧结，制备材料为聚苯乙烯PS粉的试棒模，粉末粒度为75μm。激光功率为25 W，扫描速率为2 000 mm/s，工作台升降速率为4mm/s。使用ZrO2、Y2O3等耐火材料对试棒模进行涂挂，焙烧脱蜡，然后进行保温获取完整并具备一定强度的型壳。试验合金为ZTC4合金，其化学成分见表1。熔炼浇注设备为ZH150型真空自耗电弧凝壳炉。采用底注式浇注，浇注温度为1 750℃，浇注时间为8s，界面传热系数为500 W·m-2·℃-1，重力铸造。3 试验结果分析
通过有限元铸造仿真分析得到铸造成形试棒温度场分布，为了对其机理进行表征，取试棒不同位置作为探点从ProCast输出时间与温度数值关系，绘制温度时间分布曲线，见图3。为了避免探点随机性选择造成误差对结果准确性带来影响，以两根试棒为基准，分别取两根试棒底部相同位置的两点（117、3 886）和顶部相同位置的两点（814、3 468）作为探点。可以看出，117、814、3 468、3 886探点的平均冷却速率分别为1.74、0.76、0.78、1.75℃/s，试棒底部的冷却速率>顶部冷却速率。这是因为采用底注式浇注系统时，试棒底部在凝固过程中与横向浇道以及空气进行热传导，二者结合使凝固过程散热加快，而顶部只与空气进行热交换，所以温度下降缓慢。由试棒的顶部和底部4个探点的冷却速率可以计算得出平均冷却速率为1.26℃/s，表明在铸造工艺中平均冷却速率小、凝固时间长，对微观组织产生较大的影响，致使顶部和底部晶粒尺寸产生差异性，同时微观组织对力学性能也产生了影响。3.2 凝固过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛合金叶轮快速精铸工艺及其性能研究[J]. 宗学文,刘文杰,杨学东,熊聪,阮佳阳,张佳亮. 特种铸造及有色合金. 2019(10)
[2]特征结构对SLS成形件尺寸精度的影响[J]. 黄英,殷亚军,纪志军,郄喜望,魏青松,南海,周建新. 特种铸造及有色合金. 2018(08)
[3]Influence of Processing Conditions on Microstructure and Mechanical Properties of Large Thin-Wall Centrifugal Ti–6Al–4V Casting[J]. Xin Feng,Jianke Qiu,Yingjie Ma,Jiafeng Lei,Yuyou Cui,Xinhua Wu,Rui Yang. Journal of Materials Science & Technology. 2016(04)
[4]ProCAST软件在熔模铸造工艺优化中的应用[J]. 周君华,孙长波,尚伟,李波. 材料科学与工艺. 2013(05)
[5]基于SLS塑料原型的金属零件的快速铸造[J]. 孙海霄,刘洪军,董选普,史玉升,黄树槐,黄乃瑜. 特种铸造及有色合金. 2001(04)
硕士论文
[1]铸造充型过程三维流场数值模拟技术研究[D]. 叶明松.武汉理工大学 2010
本文编号：2976742
【文章来源】：特种铸造及有色合金. 2020,40(09)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
试棒三维模型及网格划分结果
基于JMatPro软件分析得到钛合金的热物性参数见图2。采用XJRPSLS300选择性激光烧结，制备材料为聚苯乙烯PS粉的试棒模，粉末粒度为75μm。激光功率为25 W，扫描速率为2 000 mm/s，工作台升降速率为4mm/s。使用ZrO2、Y2O3等耐火材料对试棒模进行涂挂，焙烧脱蜡，然后进行保温获取完整并具备一定强度的型壳。试验合金为ZTC4合金，其化学成分见表1。熔炼浇注设备为ZH150型真空自耗电弧凝壳炉。采用底注式浇注，浇注温度为1 750℃，浇注时间为8s，界面传热系数为500 W·m-2·℃-1，重力铸造。3 试验结果分析
通过有限元铸造仿真分析得到铸造成形试棒温度场分布，为了对其机理进行表征，取试棒不同位置作为探点从ProCast输出时间与温度数值关系，绘制温度时间分布曲线，见图3。为了避免探点随机性选择造成误差对结果准确性带来影响，以两根试棒为基准，分别取两根试棒底部相同位置的两点（117、3 886）和顶部相同位置的两点（814、3 468）作为探点。可以看出，117、814、3 468、3 886探点的平均冷却速率分别为1.74、0.76、0.78、1.75℃/s，试棒底部的冷却速率>顶部冷却速率。这是因为采用底注式浇注系统时，试棒底部在凝固过程中与横向浇道以及空气进行热传导，二者结合使凝固过程散热加快，而顶部只与空气进行热交换，所以温度下降缓慢。由试棒的顶部和底部4个探点的冷却速率可以计算得出平均冷却速率为1.26℃/s，表明在铸造工艺中平均冷却速率小、凝固时间长，对微观组织产生较大的影响，致使顶部和底部晶粒尺寸产生差异性，同时微观组织对力学性能也产生了影响。3.2 凝固过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛合金叶轮快速精铸工艺及其性能研究[J]. 宗学文,刘文杰,杨学东,熊聪,阮佳阳,张佳亮. 特种铸造及有色合金. 2019(10)
[2]特征结构对SLS成形件尺寸精度的影响[J]. 黄英,殷亚军,纪志军,郄喜望,魏青松,南海,周建新. 特种铸造及有色合金. 2018(08)
[3]Influence of Processing Conditions on Microstructure and Mechanical Properties of Large Thin-Wall Centrifugal Ti–6Al–4V Casting[J]. Xin Feng,Jianke Qiu,Yingjie Ma,Jiafeng Lei,Yuyou Cui,Xinhua Wu,Rui Yang. Journal of Materials Science & Technology. 2016(04)
[4]ProCAST软件在熔模铸造工艺优化中的应用[J]. 周君华,孙长波,尚伟,李波. 材料科学与工艺. 2013(05)
[5]基于SLS塑料原型的金属零件的快速铸造[J]. 孙海霄,刘洪军,董选普,史玉升,黄树槐,黄乃瑜. 特种铸造及有色合金. 2001(04)
硕士论文
[1]铸造充型过程三维流场数值模拟技术研究[D]. 叶明松.武汉理工大学 2010
本文编号：2976742
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2976742.html
教材专著
