一種預(yù)測定向凝固鑄件中顯微縮松的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種預(yù)測定向凝固鑄件中顯微縮松的方法，屬于定向凝固鑄造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在定向葉片生產(chǎn)過程中，除對斜晶、斷晶、雜晶和雀斑等缺陷有限制外，對定向葉片內(nèi)部的顯微縮松等級也有嚴格要求。在實際定向凝固鑄件生產(chǎn)中，人們常借助數(shù)值模擬技術(shù)確定定向凝固過程工藝參數(shù)，以消除定向凝固鑄件中的斜晶、斷晶及雜晶等缺陷，但是，在這種工藝條件下生產(chǎn)的定向凝固鑄件，仍然需要通過鑄件解剖來保證該工藝條件下生產(chǎn)的定向凝固鑄件中不存在嚴重的顯微縮松。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種定向凝固鑄件顯微縮松缺陷的預(yù)測方法，該方法可以實現(xiàn)定向凝固鑄件中的顯微縮松缺陷的數(shù)值模擬預(yù)測，為縮短定向凝固鑄件的研制周期提供有利條件。
[0004]本發(fā)明提供了一種預(yù)測定向凝固鑄件中顯微縮松的方法，其特征在于:采用判據(jù)函數(shù)G/R預(yù)測定向凝固鑄件中的顯微縮松分布,其中G (°C/mm)和R (mm/min)分別為定向凝固過程中鑄件固液界面前沿液相中的溫度梯度與鑄件凝固速率；當定向凝固鑄件凝固過程中存在某一區(qū)的判據(jù)函數(shù)G/R彡C時，定向凝固鑄件的該區(qū)域中會出顯微縮松缺陷，其中C為一常數(shù)，其大小與鑄件所用合金成分有關(guān)。
[0005]本發(fā)明所述預(yù)測定向凝固鑄件中顯微縮松的方法，其特征在于，判據(jù)函數(shù)G/R的臨界值C的獲取方法為:
[0006]①采用合金澆注定向試樣，測量試樣的冷卻曲線(優(yōu)選3?5條)；
[0007]②對試樣進行射線檢驗，觀察是否有宏觀縮松；如果沒有宏觀縮松，解剖試樣，確定顯微縮松范圍；如果有宏觀縮松，則重新設(shè)計試驗參數(shù)(如降低澆注溫度，降低抽拉速率，增加型殼預(yù)熱溫度等)，進行試驗，直到獲得存在顯微縮松而沒有宏觀縮松的試樣；
[0008]③調(diào)整計算模型參數(shù)(如界面換熱系數(shù)等)，使計算所得冷卻曲線和試驗測量冷卻曲線重合；改變判據(jù)值，當計算所得顯微縮松范圍和試驗所得顯微縮松范圍一致時，此判據(jù)值即為所用合金顯微縮松判據(jù)函數(shù)臨界值C。
[0009]本發(fā)明所述預(yù)測定向凝固鑄件中顯微縮松的方法，在獲取臨界值C時，采用有限差分方法計算鑄件凝固界面前沿的溫度梯度和凝固速率，其中溫度梯度取與計算單元相鄰的26個方向中計算梯度值最大的方向的溫度梯度，凝固速率取合金固相線的推進速率。
[0010]本發(fā)明所述預(yù)測定向凝固鑄件中顯微縮松的方法，其特征在于:在獲取臨界值C時，若計算所得區(qū)域比顯微縮松區(qū)域大，調(diào)小判據(jù)值，重新計算；若計算所得區(qū)域比顯微縮松區(qū)域小，增加判據(jù)值，重新計算。
[0011]本發(fā)明采用判據(jù)函數(shù)G/R來預(yù)測鑄件中的顯微縮松。由于定向凝固鑄件中的等軸晶、雀斑等缺陷也可通過G和R這兩個參數(shù)進行預(yù)測，故采用G和R這兩個參數(shù)預(yù)測定向凝固鑄件中顯微縮松缺陷，可以減少定向凝固過程中鑄造缺陷預(yù)測的計算量，并且有助于完善定向凝固鑄造缺陷預(yù)測方面的溫度梯度與凝固速率的關(guān)系圖。
【附圖說明】
[0012]圖1用于獲取合金顯微縮松判據(jù)臨界值C的試樣及其測溫位置(其中1#?5#為測溫位置)。
[0013]圖2某定向葉片。
[0014]圖3距離葉片底部85mm處橫截面試驗與計算所得顯微縮松分布對比。
[0015]圖4距離葉片底部10mm處橫截面試驗與計算所得顯微縮松分布對比。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
[0017]為了使本發(fā)明所提供的方法更加直觀清楚，以下采用某定向高溫合金為試驗材料，合金成分(wt%):C:0.01 ?0.18,Cr:8.00 ?12.50,Co:6.00 ?10.50,Mo:0.80 ?3.20，ff:3.50 ?7.20，A1:3.00 ?5.50，T1:0.50 ?4.0，Ta:5.00 ?7.00,Ni 余量，以液態(tài)金屬冷卻定向凝固鑄造某葉片為例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]1、獲得判據(jù)函數(shù)臨界值C
[0019](I)制備圖1所示試樣型殼，并在相應(yīng)位置(1#?5#位置)固定鎢錸熱電偶(WRe5-26)，連接多通道測溫儀(MV-2020)，將型殼固定在液態(tài)金屬冷卻定向爐上。
[0020](2)采用液態(tài)金屬冷卻法澆注定向試樣，澆注工藝參數(shù)為:
[0021]①保溫爐上區(qū)溫度1530°C，下區(qū)溫度1550°C ；
[0022]②澆注溫度1550°C ；
[0023]③澆注后靜置2min開始抽拉,抽拉速率24mm/min，行程240mm ；
[0024]④抽拉開始時錫液溫度260°C ；
[0025]⑤真空度0.1?3Pa ;
[0026]⑥型殼起始位置:型殼底部位于保溫爐底向上20mm，保溫爐底與錫液面間距20mmo
[0027](3)對試樣進行射線檢驗，無宏觀縮松。
[0028]( 4 )解剖試樣，標出顯微縮松范圍。
[0029](5)調(diào)整計算參數(shù)，使計算得到的各個位置的冷卻曲線與測量得到的該位置溫度曲線重合。
[0030](6)計算試樣中判據(jù)函數(shù)G/R ^ TC.min/cm2的區(qū)域，與實測顯微縮松分布進行比較。計算過程中，采用有限差分方法計算鑄件凝固界面前沿的溫度梯度和凝固速率，其中溫度梯度取與計算單元相鄰(面相鄰，棱相鄰，點相鄰)的26個方向中計算梯度值最大的方向的溫度梯度，凝固速率取合金固相線的推進速率。計算過程中，若計算所得區(qū)域大，調(diào)小判據(jù)值，重新計算；若計算所得區(qū)域小，增加判據(jù)值，重新計算。直到計算所得區(qū)域與顯微縮松區(qū)域在大小和位置一致。記錄此時的判據(jù)函數(shù)值C (1.6°C.min/cm2)即為所用合金的判據(jù)函數(shù)值。
[0031]2、某葉片的顯微縮松缺陷預(yù)測
[0032](I)選用某葉片，形如圖2，葉片鑄件輪廓為300mmX130mmX40mm，質(zhì)量約5kg。
[0033](2)采用液態(tài)金屬冷卻法，在三室真空定向爐上澆注定向葉片，澆注工藝參數(shù)為:
[0034]①保溫爐上區(qū)溫度1530°C，下區(qū)溫度1530°C ；
[0035]②澆注溫度1550°C ；
[0036]③澆注后靜置2min開始抽拉,抽拉速率30mm/min，行程300mm ；
[0037]④抽拉開始時錫液溫度270°C ；
[0038]⑤真空度0.1?3Pa ;
[0039]⑥型殼起始位置:型殼底部位于保溫爐底向上20mm，保溫爐底與錫液面間距20mmo
[0040](3)根據(jù)澆注工藝參數(shù)計算葉片中G/R ( 1.60C.min/cm2的區(qū)域，并獲得葉片距離底部85mm和10mm處截面的顯微縮松區(qū)域。
[0041](4)根據(jù)計算結(jié)果解剖葉片，檢測葉片距離底部85mm和10mm處截面的顯微縮松分布范圍，與計算所得的該兩截面的G/R ( 1.6°C -min/cm2的區(qū)域進行比較，結(jié)果如圖3及圖4所示。
[0042](5)判據(jù)預(yù)測結(jié)果
[0043]從圖3中可以看出，距離葉片底部85mm處試驗所得顯微縮松范圍大小為24mmX 5mm,位于葉片內(nèi)側(cè)葉盆處,計算得到該截面的顯微縮松范圍大小為28mmX 4mm,也位于葉片內(nèi)側(cè)葉盆處。計算結(jié)果與試驗結(jié)果相近。
[0044]如圖4所示，距離葉片底部10mm處試驗所得顯微縮松范圍大小為4mmX4mm，距離葉片進氣邊40mm,計算得到該截面的顯微縮松范圍大小為4mmX2mm,距離葉片進氣邊34_。對于顯微縮松范圍大小計算結(jié)果與試驗結(jié)果相近，對于顯微縮松的位置計算結(jié)果誤差略大，約為15%。計算結(jié)果基本準確。
[0045]上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種預(yù)測定向凝固鑄件中顯微縮松的方法，其特征在于:采用判據(jù)函數(shù)G/R預(yù)測定向凝固鑄件中的顯微縮松分布，其中G和R分別為定向凝固過程中鑄件固液界面前沿液相中的溫度梯度與鑄件凝固速率；當定向凝固鑄件凝固過程中存在某一區(qū)的判據(jù)函數(shù)G/ C時，定向凝固鑄件的該區(qū)域中會出顯微縮松缺陷，其中C為一常數(shù)，其大小與鑄件所用合金成分有關(guān)。
2.按照權(quán)利要求1所述預(yù)測定向凝固鑄件中顯微縮松的方法，其特征在于，判據(jù)函數(shù)G/R的臨界值C的獲取方法為: ①采用合金澆注定向試樣，測量試樣的冷卻曲線； ②對試樣進行射線檢驗，觀察是否有宏觀縮松；如果沒有宏觀縮松，解剖試樣，確定顯微縮松范圍；如果有宏觀縮松，則重新設(shè)計試驗參數(shù)，進行試驗，直到獲得存在顯微縮松而沒有宏觀縮松的試樣； ③調(diào)整計算模型參數(shù)，使計算所得冷卻曲線和試驗測量冷卻曲線重合；改變判據(jù)值，當計算所得顯微縮松范圍和試驗所得顯微縮松范圍一致時，此判據(jù)值即為所用合金顯微縮松判據(jù)函數(shù)臨界值C。
3.按照權(quán)利要求2所述預(yù)測定向凝固鑄件中顯微縮松的方法，其特征在于:測量試樣冷卻曲線的條數(shù)為3?5條。
4.按照權(quán)利要求2所述預(yù)測定向凝固鑄件中顯微縮松的方法，其特征在于:在獲取臨界值C時，若計算所得區(qū)域比顯微縮松區(qū)域大，調(diào)小判據(jù)值，重新計算；若計算所得區(qū)域比顯微縮松區(qū)域小，增加判據(jù)值，重新計算。
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種定向凝固鑄件顯微縮松缺陷的預(yù)測方法，其特征在于：采用判據(jù)函數(shù)G/R預(yù)測定向凝固鑄件中的顯微縮松分布，其中G（℃/mm）和R（mm/min）分別為定向凝固過程中鑄件固液界面前沿液相中的溫度梯度與鑄件凝固速率；當定向凝固鑄件凝固過程中存在某一區(qū)的判據(jù)函數(shù)G/R≤C時，定向凝固鑄件的該區(qū)域中會出顯微縮松缺陷，其中C為一常數(shù)，其大小與鑄件所用合金成分有關(guān)。該方法可以實現(xiàn)定向凝固鑄件中的顯微縮松缺陷的數(shù)值模擬預(yù)測，為縮短定向凝固鑄件的研制周期提供有利條件。
【IPC分類】G01N23-00
【公開號】CN104749194
【申請?zhí)枴緾N201310728647
【發(fā)明人】稅國彥, 關(guān)洋, 李長春, 孫遜, 蘇貴橋
【申請人】沈陽鑄造研究所
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月25日