论文部分内容阅读
叶片是航空、地面燃气轮发动机的关键零件之一,通常采用定向凝固成形的方法制造而成,产生成分偏析与组织不均匀等凝固缺陷的倾向性很大,使叶片的使用性能会明显降低,从而降低叶片质量。叶片铸件凝固过程中的三种传输行为即热量传输、溶质质量传输及液相流动动量传输,对叶片的成分、组织有着重要的影响。因此对叶片铸件定向凝固中的传输行为进行数值模拟,有助于了解其凝固过程,制定出基于对凝固传输行为控制的优化工艺方案,并进而实现人为控制、获得满意的铸件。本论文工作以理论建模与计算机模拟为研究手段,应用凝固传输(热量传输、溶质质量传输及液相流动动量传输)微观/宏观统一模型的理论,基于自行研制的类叶片合金铸件定向凝固传输数值模拟程序,结合Thermo-Calc软件,对类叶片合金铸件的二维定向凝固行为进行了数值模拟。本论文完成了以下主要研究工作:基于本研究室已有的合金传热、传质与动量传输微观/宏观多尺度统一数学模型及相应的合金凝固传输过程数值计算方法,对原有的类叶片合金铸件定向凝固传输计算机模拟程序BTVC2D进行了改进,将原模拟程序与Thermo-Calc软件接口程序相结合,实现了二者在执行代码层次上的密切耦合;利用Thermo-Calc软件TCCR/TCW4/TQ6版本对Ga-In-Sn、Al-Cu(含有Fe、Si杂质)、Ti-Al-Si等多元合金的凝固路径、组织构成及相关截面相图等进行了计算,计算结果为实验提供了有益的指导;基于本研究室原有的类叶片合金铸件FORTRAN用户模拟程序,通过调用Thermo-Calc接口程序TQ6对Al-Cu%和Fe-C%二元合金类叶片铸件定向凝固过程中的平均成分场、液相成分场、固相成分场、固相分数场(凝固进程)、相对压力场、温度场及流场等有关物理场量进行了数值模拟。模拟结果表明:本文进行的Thermo-Calc软件与本研究室已有的用户程序相结合等工作是成功的,从而为进一步建立多元合金凝固系统的T?ΣfS?ΣCL耦合数值算法及编写多元合金的凝固传输模拟程序奠定了基础。