本文關(guān)鍵詞：CAFE模型模擬研究螺旋選晶器幾何參數(shù)對選晶的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鎳基單晶高溫合金是一種通過特殊的手段使合金中只有一個晶粒存在的鎳基高溫合金,由于不存在晶粒之間的晶界,幾乎不會出現(xiàn)裂紋源,在高溫環(huán)境下服役時的熱疲勞性能、抗熱腐蝕性能和抗蠕變性能較之高溫合金得到了明顯的提高,是目前航空發(fā)動機,燃氣渦輪機葉片制備的主要材料之一。鎳基單晶合金是面心立方晶格結(jié)構(gòu),在其100、001、010三個晶體取向中,001方向的晶粒具有最佳的綜合力學性能。因此,將單晶合金葉片中001晶體取向控制到與其主應力軸方向盡可能一致便成了葉片控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文采用CAFE模型模擬了第二代鎳基單晶高溫合金CMSX-4通過螺旋選晶器制備的過程。探討了直接型、圓柱型、復合型三種過渡段的螺旋選晶器之間的區(qū)別以及螺旋選晶器引晶段幾何參數(shù)(直徑D和高度H),選晶段幾何參數(shù)(螺升角?、螺旋直徑sD和螺旋線直徑hd)對選晶效果的影響及其選晶機制。結(jié)論如下:(1)引晶段的主要作用是優(yōu)化晶粒取向,其對晶粒的選擇主要由兩個因素控制:選晶的早期階段的晶粒競爭生長作用和選晶后期階段的模具壁阻礙晶粒生長作用。選晶段的主要作用是選出單一晶粒,對取向沒有優(yōu)化作用,其對晶粒的選擇只與其在選晶段中所處的位置有關(guān),通常位于螺旋通道內(nèi)側(cè)的晶粒會被選出作為最終單晶。(2)直接型過渡段螺旋選晶器的選晶效率最好,圓柱型過渡段螺旋選晶器次之,復合型過渡段螺旋選晶器最差。圓柱型過渡段螺旋選晶器的選晶質(zhì)量最好,直接型過渡段螺旋選晶器次之,復合型過渡段螺旋選晶器選晶質(zhì)量最差。對于圓柱型過渡段螺旋選晶器,增加圓柱過渡段的高度可以進一步提高其選晶質(zhì)量。(3)引晶段直徑的減小和高度的增加都可以提高晶粒取向的優(yōu)化,使得進入選晶段的晶粒偏轉(zhuǎn)角較小,選出的最終單晶符合要求。但過小直徑和過大高度又會使得從引晶單進入選晶段的晶粒數(shù)較少,選晶段無法發(fā)揮其優(yōu)選作用。根據(jù)模擬結(jié)果,引晶段的直徑設計在24~30mm,高度設計在30~36mm以內(nèi)較為合適。(4)選晶段螺升角?、螺旋直徑sD和螺旋線直徑hd這些幾何參數(shù)對選出的最終單晶取向沒有優(yōu)化作用,而對選晶效率有明顯的影響。隨著螺旋直徑sD的增大,螺升角?或螺旋線直徑hd的減小,選晶效率得到明顯提高。根據(jù)模擬結(jié)果,對于選晶段的設計,螺升角的設計應處于25~35°以內(nèi),螺旋直徑應設計在11~16mm,螺旋線直徑應設計在4~6mm以內(nèi)。
【關(guān)鍵詞】：CAFE模型 螺旋選晶器 選晶質(zhì)量 選晶效率 CMSX-4合金
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG132.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.1.1 鎳基單晶高溫合金的發(fā)展10-11
• 1.2 鎳基單晶高溫合金的制備11-13
• 1.2.1 籽晶法11-12
• 1.2.2 選晶法12-13
• 1.3 微觀組織的數(shù)值模擬發(fā)展概況13-16
• 1.3.1 確定性方法(Deterministic Modeling)14-15
• 1.3.2 隨機性方法(Stochastic Modeling)15-16
• 1.3.3 相場法(Phase Field Modeling)16
• 1.4 螺旋選晶器選晶過程的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.5 本論文的主要研究工作17-19
• 2 CAFE模型19-28
• 2.1 有限元法（FEM）19-21
• 2.1.1 傳熱模型19-20
• 2.1.2 輻射模型20
• 2.1.3 流動模型20-21
• 2.2 元胞自動機模型（CA）21-25
• 2.2.1 CA法的基本思想21
• 2.2.2 CA的基本組成和特征21-23
• 2.2.3 形核模型23-24
• 2.2.4 生長模型24-25
• 2.3 CA與FE模型的耦合25-26
• 2.4 CAFE模型的計算方法26-27
• 2.5 模擬參數(shù)的確定27-28
• 3 過渡段幾何參數(shù)對選晶效果的影響28-35
• 3.1 引言28
• 3.2 直接型螺旋選晶器模擬結(jié)果28-29
• 3.3 圓柱型螺旋選晶器模擬結(jié)果29-31
• 3.4 復合型螺旋選晶器模擬結(jié)果31-33
• 3.5 本章小結(jié)33-35
• 4 引晶段幾何參數(shù)對選晶效果的影響35-46
• 4.1 引言35
• 4.2 引晶段中晶粒生長過程和選晶機制35-39
• 4.3 引晶段直徑對選晶的影響39-41
• 4.4 引晶段高度對選晶的影響41-44
• 4.5 本章小結(jié)44-46
• 5 選晶段幾何參數(shù)對選晶效果的影響46-57
• 5.1 引言46
• 5.2 選晶段的選晶過程和選晶機制46-49
• 5.3 選晶段螺升角θ對選晶的影響49-52
• 5.4 選晶段螺旋直徑Ds對選晶的影響52-54
• 5.5 選晶段螺旋線直徑dh對選晶的影響54-55
• 5.6 本章小結(jié)55-57
• 6 結(jié)論57-58
• 參考文獻58-64
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果64-65
• 攻讀碩士學位期間參與的科研項目65-66
• 致謝66-67

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：CAFE模型模擬研究螺旋選晶器幾何參數(shù)對選晶的影響，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：309716