基于快速鑄造的鈦合金數(shù)值模擬及組織性能
發(fā)布時(shí)間：2021-01-14 10:35
利用選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）技術(shù),建立ZTC4合金熔模鑄造試驗(yàn)?zāi)Ｐ?通過ProCAST軟件對其溫度場和凝固過程進(jìn)行分析,結(jié)合CAF?模塊對晶粒生長結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,同時(shí)研究了合金的微觀組織及力學(xué)性能。結(jié)果表明,采用底注式澆注系統(tǒng)時(shí),合金液從外向內(nèi)順序凝固,沒有夾渣卷入缺陷。試樣底部的冷卻速率>頂部冷卻速率,平均冷卻速率為1.26℃/s,組織中存在魏氏組織,底部晶粒尺寸小于頂部,試樣平均屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為785.67 MPa、937.55 MPa,伸長率和斷面收縮率分別為14.83%和19.33%,綜合性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
【文章來源】：特種鑄造及有色合金. 2020,40(09)北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
試棒三維模型及網(wǎng)格劃分結(jié)果
基于JMatPro軟件分析得到鈦合金的熱物性參數(shù)見圖2。采用XJRPSLS300選擇性激光燒結(jié)，制備材料為聚苯乙烯PS粉的試棒模，粉末粒度為75μm。激光功率為25 W，掃描速率為2 000 mm/s，工作臺(tái)升降速率為4mm/s。使用ZrO2、Y2O3等耐火材料對試棒模進(jìn)行涂掛，焙燒脫蠟，然后進(jìn)行保溫獲取完整并具備一定強(qiáng)度的型殼。試驗(yàn)合金為ZTC4合金，其化學(xué)成分見表1。熔煉澆注設(shè)備為ZH150型真空自耗電弧凝殼爐。采用底注式澆注，澆注溫度為1 750℃，澆注時(shí)間為8s，界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為500 W·m-2·℃-1，重力鑄造。3 試驗(yàn)結(jié)果分析
通過有限元鑄造仿真分析得到鑄造成形試棒溫度場分布，為了對其機(jī)理進(jìn)行表征，取試棒不同位置作為探點(diǎn)從ProCast輸出時(shí)間與溫度數(shù)值關(guān)系，繪制溫度時(shí)間分布曲線，見圖3。為了避免探點(diǎn)隨機(jī)性選擇造成誤差對結(jié)果準(zhǔn)確性帶來影響，以兩根試棒為基準(zhǔn)，分別取兩根試棒底部相同位置的兩點(diǎn)（117、3 886）和頂部相同位置的兩點(diǎn)（814、3 468）作為探點(diǎn)�？梢钥闯�，117、814、3 468、3 886探點(diǎn)的平均冷卻速率分別為1.74、0.76、0.78、1.75℃/s，試棒底部的冷卻速率>頂部冷卻速率。這是因?yàn)椴捎玫鬃⑹綕沧⑾到y(tǒng)時(shí)，試棒底部在凝固過程中與橫向澆道以及空氣進(jìn)行熱傳導(dǎo)，二者結(jié)合使凝固過程散熱加快，而頂部只與空氣進(jìn)行熱交換，所以溫度下降緩慢。由試棒的頂部和底部4個(gè)探點(diǎn)的冷卻速率可以計(jì)算得出平均冷卻速率為1.26℃/s，表明在鑄造工藝中平均冷卻速率小、凝固時(shí)間長，對微觀組織產(chǎn)生較大的影響，致使頂部和底部晶粒尺寸產(chǎn)生差異性，同時(shí)微觀組織對力學(xué)性能也產(chǎn)生了影響。3.2 凝固過程
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鈦合金葉輪快速精鑄工藝及其性能研究[J]. 宗學(xué)文,劉文杰,楊學(xué)東,熊聰,阮佳陽,張佳亮. 特種鑄造及有色合金. 2019(10)
[2]特征結(jié)構(gòu)對SLS成形件尺寸精度的影響[J]. 黃英,殷亞軍,紀(jì)志軍,郄喜望,魏青松,南海,周建新. 特種鑄造及有色合金. 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軟件在熔模鑄造工藝優(yōu)化中的應(yīng)用[J]. 周君華,孫長波,尚偉,李波. 材料科學(xué)與工藝. 2013(05)
[5]基于SLS塑料原型的金屬零件的快速鑄造[J]. 孫海霄,劉洪軍,董選普,史玉升,黃樹槐,黃乃瑜. 特種鑄造及有色合金. 2001(04)
碩士論文
[1]鑄造充型過程三維流場數(shù)值模擬技術(shù)研究[D]. 葉明松.武漢理工大學(xué) 2010
本文編號：2976742
【文章來源】：特種鑄造及有色合金. 2020,40(09)北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
試棒三維模型及網(wǎng)格劃分結(jié)果
基于JMatPro軟件分析得到鈦合金的熱物性參數(shù)見圖2。采用XJRPSLS300選擇性激光燒結(jié)，制備材料為聚苯乙烯PS粉的試棒模，粉末粒度為75μm。激光功率為25 W，掃描速率為2 000 mm/s，工作臺(tái)升降速率為4mm/s。使用ZrO2、Y2O3等耐火材料對試棒模進(jìn)行涂掛，焙燒脫蠟，然后進(jìn)行保溫獲取完整并具備一定強(qiáng)度的型殼。試驗(yàn)合金為ZTC4合金，其化學(xué)成分見表1。熔煉澆注設(shè)備為ZH150型真空自耗電弧凝殼爐。采用底注式澆注，澆注溫度為1 750℃，澆注時(shí)間為8s，界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為500 W·m-2·℃-1，重力鑄造。3 試驗(yàn)結(jié)果分析
通過有限元鑄造仿真分析得到鑄造成形試棒溫度場分布，為了對其機(jī)理進(jìn)行表征，取試棒不同位置作為探點(diǎn)從ProCast輸出時(shí)間與溫度數(shù)值關(guān)系，繪制溫度時(shí)間分布曲線，見圖3。為了避免探點(diǎn)隨機(jī)性選擇造成誤差對結(jié)果準(zhǔn)確性帶來影響，以兩根試棒為基準(zhǔn)，分別取兩根試棒底部相同位置的兩點(diǎn)（117、3 886）和頂部相同位置的兩點(diǎn)（814、3 468）作為探點(diǎn)�？梢钥闯�，117、814、3 468、3 886探點(diǎn)的平均冷卻速率分別為1.74、0.76、0.78、1.75℃/s，試棒底部的冷卻速率>頂部冷卻速率。這是因?yàn)椴捎玫鬃⑹綕沧⑾到y(tǒng)時(shí)，試棒底部在凝固過程中與橫向澆道以及空氣進(jìn)行熱傳導(dǎo)，二者結(jié)合使凝固過程散熱加快，而頂部只與空氣進(jìn)行熱交換，所以溫度下降緩慢。由試棒的頂部和底部4個(gè)探點(diǎn)的冷卻速率可以計(jì)算得出平均冷卻速率為1.26℃/s，表明在鑄造工藝中平均冷卻速率小、凝固時(shí)間長，對微觀組織產(chǎn)生較大的影響，致使頂部和底部晶粒尺寸產(chǎn)生差異性，同時(shí)微觀組織對力學(xué)性能也產(chǎn)生了影響。3.2 凝固過程
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鈦合金葉輪快速精鑄工藝及其性能研究[J]. 宗學(xué)文,劉文杰,楊學(xué)東,熊聰,阮佳陽,張佳亮. 特種鑄造及有色合金. 2019(10)
[2]特征結(jié)構(gòu)對SLS成形件尺寸精度的影響[J]. 黃英,殷亞軍,紀(jì)志軍,郄喜望,魏青松,南海,周建新. 特種鑄造及有色合金. 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軟件在熔模鑄造工藝優(yōu)化中的應(yīng)用[J]. 周君華,孫長波,尚偉,李波. 材料科學(xué)與工藝. 2013(05)
[5]基于SLS塑料原型的金屬零件的快速鑄造[J]. 孫海霄,劉洪軍,董選普,史玉升,黃樹槐,黃乃瑜. 特種鑄造及有色合金. 2001(04)
碩士論文
[1]鑄造充型過程三維流場數(shù)值模擬技術(shù)研究[D]. 葉明松.武漢理工大學(xué) 2010
本文編號：2976742
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