宽弦航空叶片Bridgeman定向凝固组织数值模拟

金属学报, 2015, 51(4): 499-512. doi: 10.11900/0412.1961.2014.00345

宽弦航空叶片Bridgeman定向凝固组织数值模拟

唐宁 ^1, , 王艳丽 ^2, , 许庆彦 ^3, , 赵希宏 ^4, , 柳百成 ^5,

1.清华大学材料学院先进成形制造教育部重点实验室,北京,100084

2.北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室,北京,100095

3.清华大学材料学院先进成形制造教育部重点实验室,北京,100084

4.北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室,北京,100095

5.清华大学材料学院先进成形制造教育部重点实验室,北京,100084

基金项目: 国家重点基础研究发展计划项目2011CB706801,国家自然科学基金项目51171089和51374137以及国家科技重大专项项目2012ZX04012-011资助 Supported by National Basic Research Program of China (No.2011CB706801),National Natural Science Foundation of China (Nos.51171089 and 51374137) and National Science and Technology Major Project (No.2012ZX04012-011)

关键词：航空发动机 , 宽弦叶片 , 定向凝固 , 数值模拟 , 柱状晶

NUMERICAL SIMULATION OF DIRECTIONAL SOLIDIFIED MICROSTRUCTURE OF WIDE-CHORD AERO BLADE BY BRIDGEMAN PROCESS

Keywords： aero turbine , wide-chord blade , directorial solidification , numerical simulation , columnar grain

建立了宽弦叶片定向凝固过程的宏微观数理模型,计算结果与实验结果吻合,铸件表面大部分晶粒的位置和形状一一对应.通过数值模拟预测了不同引晶方式和拉速下温度场和晶粒组织的演变过程,研究了2种因素的影响规律.通过建立糊状区形态和晶粒数的数学判据,实现了温度场和微观组织优劣的定量评价,基丁判据揭示了工艺参数对糊状区和晶粒的影响机理,从而对工艺进行了定量的优化.研究表明,采用叶身正下方的引晶方式,有利于增加柱状晶数目,提高晶粒平行度,防止横向晶界生成,同时还可以存糊状区形状保持平直的前提下使用较高拉速,从而避免晶粒粗化,并提高生产率.

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