金属材料与陶瓷材料在性能上存在一种明显互补关系,若能将两者有效地结合在一起,便能得到抗高温蠕变、耐腐蚀、抗热震等综合两者优良特性的金属/陶瓷复合材料构件。本文以K4169合金与Si C陶瓷为研究对象,采用数值模拟技术研究了界面形式、温度对复合铸件弯曲性能的影响规律;研究了稳态传热、非稳态传热、传热温度对正置蜂窝式、斜置蜂窝式、简单式栅格结构高温弯曲的影响;分别针对三种栅格结构设计了浇注系统进行重力浇注和离心浇注,研究了三种栅格结构的充型、凝固过程,优化了铸造工艺参数,改善了复合铸件的缩松缩孔缺陷。基于ABAQUS建立了复合铸件三点弯曲模型,模拟结果表明平界面结构的最大等效应力为373MPa,锯齿界面相较平界面下降了12.1%,波浪界面相较平界面下降了14.2%,异形界面降低了应力集中,提高结构的常温承载能力。界面深度在8～14mm时,相同的界面深度下,波浪界面较锯齿界面能够更好地提高抗弯性能;界面深度大于14mm时,应选择锯齿界面。复合铸件的高温弯曲模拟结果表明,温度对锯齿结构复合铸件弯曲性能影响较大,且随着温度的升高这种影响效果越明显。800℃的最大等效应力相较于25℃的最大等效应力,平界面结构增加了30.4%,锯齿界面结构增加了34.62%,波浪界面结构提升了34.22%。栅格结构复合铸件的稳态热力耦合分析结果表明,无风力加载时三种栅格结构的最大等效应力均出现在界面连接处,并且偏向于陶瓷一侧;施加风力载荷之后,Si C陶瓷部分外横梁处存在较大的应力集中,高温时合金与陶瓷应力分布差距明显;环境温度达到400℃后固定端面明显起到了应力分摊的作用,高温时栅格件整体分担了应力集中;同时,三种栅格结构复合铸件的温度-应力曲线均出现拐点,风力载荷导致的应力与热应力部分相互抵消。栅格结构复合铸件的非稳态热力耦合分析结果表明,Si C陶瓷端面持续加热且无风力加载时,栅格件的应力主要集中在左侧固定端面与复合界面处,且陶瓷一侧起到缓解热冲击、分担热应力的重要作用。Si C陶瓷端面持续加热且施加风力加载时,随着传热的不断进行,合金端面的应力大于陶瓷端面,并且传热初期Si C陶瓷端面处出现应力集中,随着传热时间的增加,陶瓷端面的应力逐渐得到缓解。正置栅格结构复合铸件浇注速度设置0.6kg/s、0.7kg/s、0.8kg/s、0.9kg/s、1.0kg/s、1.1kg/s逐渐增大时,充型时间减少,充型阶段的凝固分数逐渐减小,凝固时间逐渐增加,但是铸件的实际液流速度也增加,金属液对铸型的冲击也较大,液流容易产生紊流,铸件的缩松缩孔呈现先减少后增加的趋势,因而正置复合栅格选择浇注速度为0.9kg/s。正置蜂窝式、斜置蜂窝式、简单式栅格三种结构复合铸件的合适浇注速度分别为0.9kg/s、1.1kg/s、0.7kg/s。栅格结构复合铸件的浇注模拟结果表明,重力与离心两种浇注方式的浇注温度均选择1440℃,铸型及Si C陶瓷预热温度均选择920℃。栅格结构复合铸件离心浇注铸型最佳转速为550r/min,此时充型过程均匀平稳,没有发生浇不足。正置蜂窝式栅格结构与斜置蜂窝式栅格结构采用离心浇注可以较好地提高浇注质量,而简单式栅格结构选用重力浇注能够得到较好的浇注质量。