本文關(guān)鍵詞：DD5合金單晶定向凝固溫度場(chǎng)及雜晶控制的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鎳基單晶高溫合金葉片制備過(guò)程中易產(chǎn)生雜晶、晶粒取向偏差、雀斑、組織粗大等缺陷。其中雜晶的出現(xiàn)破壞了單晶的完整性,極大的降低了葉片的力學(xué)性能及使用壽命。因此,控制鎳基高溫合金雜晶的形成對(duì)提高單晶葉片組織性能有重要的意義�；诖�,本文利用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)及實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)DD5合金單晶定向凝固溫度場(chǎng)及雜晶的形成生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行了深入的研究,主要內(nèi)容和結(jié)論如下。(1)利用了一種改進(jìn)的Monte Carlo模型對(duì)抽拉過(guò)程的溫度場(chǎng)進(jìn)行理論分析,將影響溫度場(chǎng)變化的多個(gè)參數(shù)簡(jiǎn)化為模殼表面散熱單元的角度參數(shù)。結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果,獲得了模殼位置、抽拉速度、模組數(shù)量等工藝參數(shù)對(duì)單晶定向凝固過(guò)程溫度場(chǎng)的影響規(guī)律。隔熱擋板上方,遠(yuǎn)爐壁側(cè)散熱速度較快,溫度較低;隔熱擋板下方,近爐壁側(cè)散熱速度較快。抽拉速度增加使得模殼表面散熱單元在單位時(shí)間內(nèi)可視角的增幅變大,模殼散熱能力增強(qiáng),造成溫度場(chǎng)的傾斜程度增大。模組數(shù)量的增加,試樣之間相互遮擋作用增強(qiáng),遠(yuǎn)爐壁端散熱能力減弱。(2)設(shè)計(jì)了一種具有不同變截面平臺(tái)的試樣。對(duì)其進(jìn)行了溫度場(chǎng)、糊狀區(qū)及晶粒組織的數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明,直徑方向平臺(tái)只存在過(guò)冷形核這一種雜晶形成方式,而弦方向平臺(tái)雜晶的形成有縱向生長(zhǎng)、橫向生長(zhǎng)、過(guò)冷形核這三種方式。因此在傳統(tǒng)時(shí)間判據(jù)的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)的時(shí)間判據(jù),用以判斷變截面平臺(tái)是否產(chǎn)生雜晶及產(chǎn)生雜晶的方式。(3)研究了抽拉速度及平臺(tái)尺寸對(duì)雜晶形成的影響規(guī)律。抽拉速度增加,平臺(tái)過(guò)冷度增加,臨界平臺(tái)尺寸ΔL(產(chǎn)生雜晶的平臺(tái)最小尺寸)減小。3mm/min抽拉速度下,ΔL為20cm;7mm/min抽拉速度下,ΔL為14cm。在相同的抽拉速度下,平臺(tái)尺寸的增大也會(huì)造成平臺(tái)過(guò)冷度的增加,雜晶形成的傾向增加。(4)利用模擬仿真的方法優(yōu)化了模殼的組模方式,并對(duì)雜晶的形成位置進(jìn)行了預(yù)測(cè)。模擬結(jié)果與單晶定向凝固實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好,表明了仿真模擬結(jié)果的正確性。(5)對(duì)變截面試樣平臺(tái)的雜晶生長(zhǎng)形貌進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:水平位置最低的平臺(tái)產(chǎn)生了具有一定取向的雜晶,水平位置最高的平臺(tái)沒(méi)有雜晶形成,水平位置中間的平臺(tái)產(chǎn)生了雜亂無(wú)序的雜晶。研究試樣測(cè)溫點(diǎn)冷卻曲線發(fā)現(xiàn):凝固界面離水冷銅盤(pán)越近,熱傳導(dǎo)及熱輻射越強(qiáng)烈。隨著平臺(tái)高度的增加,葉片熱傳導(dǎo)及熱輻射作用減弱,導(dǎo)致平臺(tái)冷卻速度及過(guò)冷度均減小,造成平臺(tái)晶粒形貌的不同。
【關(guān)鍵詞】：DD5合金 雜晶 變截面 仿真模擬 溫度場(chǎng)
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG132.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 選題意義11-12
• 1.2 高溫合金的發(fā)展及定向凝固技術(shù)12-16
• 1.2.1 高溫合金的發(fā)展12-13
• 1.2.2 定向凝固技術(shù)的發(fā)展13-15
• 1.2.3 單晶高溫合金制備及應(yīng)用研究進(jìn)展15-16
• 1.3 溫度場(chǎng)的測(cè)試及模擬研究16-17
• 1.3.1 溫度場(chǎng)的測(cè)試16
• 1.3.2 溫度場(chǎng)仿真模擬16-17
• 1.4 凝固組織模擬研究現(xiàn)狀17-20
• 1.4.1 隨機(jī)法18-19
• 1.4.2 相場(chǎng)法19-20
• 1.5 單晶定向凝固過(guò)程中存在的主要問(wèn)題20-24
• 1.5.1 單晶定向凝固中常見(jiàn)的缺陷20-21
• 1.5.2 雜晶缺陷的研究進(jìn)展21-24
• 1.6 本論文研究?jī)?nèi)容24-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法25-31
• 2.1 數(shù)值模擬方法25-26
• 2.1.1 試樣設(shè)計(jì)25-26
• 2.1.2 模擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)合金26
• 2.3 單晶定向凝固實(shí)驗(yàn)26-31
• 2.3.1 模殼制備27-29
• 2.3.2 試樣制備29-30
• 2.3.3 定向凝固過(guò)程的測(cè)溫30-31
• 第三章 定向凝固過(guò)程散熱規(guī)律的研究31-41
• 3.1 定向凝固傳熱數(shù)學(xué)模型31-34
• 3.2 模擬結(jié)果及討論34-39
• 3.2.1 試樣及實(shí)驗(yàn)參數(shù)34
• 3.2.2 模殼與爐體相對(duì)位置對(duì)溫度場(chǎng)的影響34-36
• 3.2.3 抽拉速度對(duì)溫度場(chǎng)的影響36-37
• 3.2.4 模組數(shù)量對(duì)溫度場(chǎng)的影響37-39
• 3.3 本章小結(jié)39-41
• 第四章 DD5合金雜晶生長(zhǎng)及控制的模擬研究41-59
• 4.1 模型建立及參數(shù)設(shè)置41-43
• 4.1.1 晶粒形核及生長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型41-42
• 4.1.2 試樣設(shè)計(jì)及模擬參數(shù)設(shè)置42-43
• 4.2 試樣溫度場(chǎng)及糊狀區(qū)模擬研究43-48
• 4.2.1 試樣縱截面溫度場(chǎng)模擬結(jié)果43-45
• 4.2.2 橫截面溫度場(chǎng)模擬結(jié)果45-46
• 4.2.3 糊狀區(qū)模擬結(jié)果46-48
• 4.3 平臺(tái)雜晶形成及生長(zhǎng)規(guī)律研究48-56
• 4.3.1 組織模擬結(jié)果48-49
• 4.3.2 平臺(tái)雜晶的形成機(jī)制49-52
• 4.3.3 雜晶形成方式的模擬研究52-56
• 4.4 平臺(tái)尺寸及抽拉速度對(duì)雜晶形成的影響規(guī)律56-57
• 4.4.1 平臺(tái)尺寸對(duì)雜晶形成的影響規(guī)律56
• 4.4.2 抽拉速度對(duì)雜晶形成的影響規(guī)律56-57
• 4.5 本章小結(jié)57-59
• 第五章 變截面試樣單晶制備工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化59-71
• 5.1 組模方式對(duì)單晶生長(zhǎng)影響的模擬研究59-62
• 5.1.1 試樣尺寸及組模方式設(shè)計(jì)59
• 5.1.2 不同組模方式下試樣定向凝固模擬研究59-62
• 5.2 變截面試樣制備及結(jié)果分析62-68
• 5.2.1 變截面試樣及平臺(tái)試樣制備62-64
• 5.2.2 變截面平臺(tái)試樣晶粒生長(zhǎng)結(jié)果64-68
• 5.3 變截面平臺(tái)晶粒生長(zhǎng)規(guī)律研究68-70
• 5.4 本章小結(jié)70-71
• 第六章 結(jié)論71-73
• 參考文獻(xiàn)73-82
• 致謝82-83
• 碩士學(xué)位期間發(fā)表論文及專利83

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