钛合金离心铸造数值模拟技术及应用

铸造CAE在复杂钛合金铸件的离心铸造凝固过程模拟,预测了钛合金铸件铸造过程的可能缺陷。简要介绍了复杂钛合金离心铸造过程数值模拟技术,包括钛合金的充型凝固模拟、凝固过程温度场数值模拟及预测缩松缩孔等,并给出了华铸CAE软件对典型的复杂钛合金支板铸件进行模拟和模拟结果分析的应用案例。应用表明,该软件能够准确地预测钛合金铸件可能产生的气孔、缩松缩孔等缺陷等。

基于瞬态压强分布的重力铸造缩孔定量预测技术及应用

提出了基于瞬态压强分布的重力铸造缩孔定量预测技术,该技术不仅计算整个模拟区域的温度场,同时也计算金属液区域的瞬态压强场。通过金属液压强与孤立液相区边界判据的临界压强对比来区分各孤立液相区的范围。在各孤立液相区内独立形成缩孔,最终预测出缩孔的位置、大小和形状。设计并浇注了U形试验件,采用该技术开发的华铸CAE(Inte CAST)对U形试验件凝固过程的温度场、压强场进行模拟分析和缩孔预测,缩孔预测结果与实验结果吻合较好。该研究显示,明冒口相比暗冒口具有更好的补缩能力,铸造工艺中优先使用明冒口会得到更好的补缩效果。并对某箱盖铸件的铸造工艺进行模拟分析,准确地预测了铸件中的缩孔。

补焊对ZTC4钛合金组织和性能的影响

分析了ZTC4钛合金补焊前后的组织特征,并通过拉伸、弯曲和冲击性能测试探讨了补焊对ZTC4钛合金铸板力学性能的影响。结果表明,补焊改变了ZTC4钛合金的原始组织,补焊区域和热影响区均出现了针状α′马氏体组织。ZTC4钛合金铸板仅经过补焊处理后其抗拉强度、弯曲强度变化不大,但显著降低了伸长率和冲击韧度,两者分别下降了35%和30%。

Ti4822合金熔体停止流动机理研究

低压涡轮工作叶片是目前TiAl合金最成功的应用,但是TiAl合金与常规钛合金相比流动性比较差,这给铸造成形带来了困难,特别是对于薄壁构件。本研究分析了Ti4822合金叶片在熔模精密铸造工艺条件下合金熔体的停止流动机理。通过观察未完整成形的叶片试样组织,发现当叶片厚度小于3 mm时,显微组织主要是等轴晶,由于熔体前端充型过程中温度不断下降,最终使流动停止;当叶片厚度大于3 mm时,显微组织包括等轴晶和柱状晶,柱状晶最终封闭了熔体流动通道,阻止了熔体继续流动。

粉末热等静压制备Ti6Al4V合金在α＋β两相区的热压缩行为

采用Gleeble3500型热模拟试验机对粉末热等静压制备的Ti6Al4V合金进行不同温度和应变速率下的高温压缩试验,建立了可描述合金在两相区的压缩行为的本构方程,对合金热加工过程中的加工硬化、动态软化参数和动态再结晶动力学模型进行求解,并构建了合金在两相区的流变应力模型。结果表明:所制备的Ti6Al4V合金组织由α相和β相组成,呈典型的网格结构,网格由细小的等轴α相形成,网格内部为相互交错的层片状α相,β相分布在α相边界处;所建立的Ti6Al4V合金在α+β两相区的流变应力模型的计算结果与试验结果吻合较好,该流变应力模型具有较高的准确性。

ZTC4钛合金机匣构件离心铸造过程的数值模拟

采用数值模拟方法,研究ZTC4合金机匣离心铸造的充型和凝固过程,分析了离心转速、浇注温度和铸型预热温度对熔体充填过程流动场、凝固过程温度场和应力场的影响,并预测了缺陷的分布。结果表明,随离心转速提高,熔体充型速度无明显变化,但柯氏力作用更加明显,铸型中熔体流股变细;熔体过热度低于30℃时,铸件出现明显的浇不足缺陷;铸型预热温度是影响铸件残余应力的主要因素,而离心转速和熔体过热度的影响次之;铸件最后凝固的较厚部位容易出现缩松、缩孔缺陷,且其位置与X射线检测结果较吻合。

TiAl合金叶片铸造成形工艺研究

采用熔模精密铸造工艺制造TiAl合金叶片,通过对浇注系统设计、型壳制备工艺、熔炼浇注工艺的研究,实现了TiAl合金叶片完整成型。结果表明,合理设计浇注系统和型壳制备工艺可以减少集中缩孔、夹杂和气孔。