發(fā)布時(shí)間：2021-08-01 06:19

　　Nb-Ti-Si合金是高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪葉片以及新一代高速飛行器的耐1200℃以上高溫結(jié)構(gòu)件的重要候選材料。它具有高熔點(diǎn)、高活性、成分復(fù)雜且含有低熔點(diǎn)合金元素等特點(diǎn)。為了解決Nb-Ti-Si合金難熔配并改善宏觀偏析等問題,本研究提出了等離子-感應(yīng)復(fù)合熔煉技術(shù),并搭建了等離子弧-水冷銅坩堝感應(yīng)懸浮復(fù)合熔煉設(shè)備,圍繞感應(yīng)懸浮熔煉及復(fù)合熔煉技術(shù)的傳輸行為開展了數(shù)值模擬及成分分布規(guī)律的研究。本文的研究有助于掌握超高溫金屬?gòu)?fù)合熔煉過程中的傳輸現(xiàn)象,對(duì)高熔點(diǎn)高活性金屬材料復(fù)合熔煉新技術(shù)開發(fā)和工藝優(yōu)化等具有重要的理論指導(dǎo)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文在深入了解感應(yīng)熔煉及等離子弧-感應(yīng)復(fù)合熔煉過程的加熱特點(diǎn)及相關(guān)物理傳輸現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,分別建立了耦合電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的三維數(shù)學(xué)模型。在各自所需的感應(yīng)熱源模型、“感應(yīng)熱源+隨匙孔深度變化的熱流”復(fù)合熱源模型的基礎(chǔ)上,通過結(jié)合VOF追蹤算法、熱焓-孔隙率法以及多種流體驅(qū)動(dòng)力如電磁懸浮力、表面張力、Marangoni剪切力、熱浮力、重力等,詳細(xì)描述了兩種熔煉方式下從加熱階段至冷卻階段所歷經(jīng)的各種傳熱及流動(dòng)現(xiàn)象。整個(gè)數(shù)值程序的實(shí)施主要基于Ansys Maxw... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：140 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

等離子-感應(yīng)復(fù)合熔煉技術(shù)原理及設(shè)備(a)復(fù)合熔煉原理示意圖(b)復(fù)合熔煉設(shè)備示意圖(c)水冷系統(tǒng)示意圖

合金是下一代高溫結(jié)構(gòu)材料的理想候選者，由于具有重要的軍事需求背景，以美國(guó) GE 和美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室(AFRL)為首的研究機(jī)構(gòu)近年來對(duì) Nb-Ti-Si 合金進(jìn)行了深入的研究，取得了很大進(jìn)展，圖1-2為美國(guó)GE利用精密鑄造生產(chǎn)的Nb-Ti-Si合金渦輪葉片[46]。圖 1-2 美國(guó) GE 鑄造的 Nb-Ti-Si 合金渦輪葉片[46]Fig. 1-2 Nb-Ti-Si alloy turbine blade from GE[46]

體內(nèi)溫度梯度非常大，合金元素難以在熔體內(nèi)均勻，與自耗電弧熔煉存在同樣的問題[92]。、北航、金屬所、西工大、哈工大在 Nb-Ti-Si 合金展了不少研究工作。自耗電弧、非自耗電弧、水冷熔煉、電子束等都曾被用于 Nb-Ti-Si 合金的熔煉過率限制以及電極材料的污染問題主要適合于實(shí)驗(yàn)堝感應(yīng)熔煉溫度偏低、陶瓷坩堝真空感應(yīng)熔煉主要束熔煉由于高真空工作，低熔點(diǎn)合金元素?fù)]發(fā)帶來此，目前自耗電弧熔煉是制備公斤級(jí) Nb-Ti-Si 合金電弧熔煉復(fù)雜成分 Nb-Ti-Si 合金時(shí)容易形成嚴(yán)重的勻并且不可控，不同位置組織性能差別很大。這是下熔體較小，合金元素難以大范圍內(nèi)流動(dòng)和攪拌，的宏觀偏析，下面以實(shí)驗(yàn)結(jié)果簡(jiǎn)要說明。示為通過電弧爐熔煉得到 2kg 母合金錠(Ф63×91m花線切割在母合金錠的上、中和下部選取了 9 個(gè)典

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[3]PAW焊接熔池—小孔流場(chǎng)與熱場(chǎng)動(dòng)態(tài)行為的數(shù)值分析[D]. 張濤.山東大學(xué) 2011

碩士論文
[1]鈦合金等離子弧熔煉溫度場(chǎng)數(shù)值模擬及相關(guān)參數(shù)的研究[D]. 鄭魁.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2006
[2]基于ANSYS的感應(yīng)加熱數(shù)值模擬分析[D]. 吳金富.浙江工業(yè)大學(xué) 2004



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