毕业论文范文——ProCAST-ProCAST在高温合金熔模精密铸造中的应用进展

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1、西安航空职业学院毕业论文ProCAST在高温合金熔模精密铸造中的应用进展姓名：专业： 航空电子班级：完成日期：指导教师:摘要：结合国内外研究工作和成果，介绍了ProCAST温度场模拟与缩孔缩松缺陷预测、应力场计算与热裂缺陷预测、微观组织模拟技术在复杂高温合金构件多晶铸造和定向凝固等主要领域中的应用情况。结合实际应用中存在的问题，对数值模拟技术在高温合金熔模精密铸造中的应用前景和发展方向进行了分析和展望。关键词：熔模精密铸造，高温合金，ProCAST，定向凝固，单晶高温合金熔模精密铸造主要用于航空发动机以及工业燃机等动力系统的热端部件，如涡轮叶片、机匣、导向器叶轮、整体叶

2、盘等[1]。发动机热端部件对铸件尺寸精度和组织形态要求严格，因此对熔模精密铸造技术提出了高要求。一般来说，熔模精密铸造包括制芯、压蜡、制壳、脱蜡、浇注、脱壳、磨浇口、机加、检验等工序，工艺复杂且控制难度大，实际生产中往往需要经过大量的试制。随着凝固过程数值模拟技术的日臻成熟，以ProCAST软件为代表的铸造工艺仿真工具逐渐被广泛用于熔模精密铸造工艺设计与优化、铸造缺陷及微观组织预测中，以求减少工艺试验次数，降低生产成本和周期。1、复杂高温合金铸件多晶熔模精密铸造数值模拟ProCAST软件能够耦合计算充型、凝固、冷却过程的温度场、流场、应力场，进而预测铸件缩孔、缩松、热裂

3、等缺陷分布以及微观组织变化，已被广泛用于评价并优化复杂高温合金多晶熔模精密铸造工艺。1.1温度场模拟与缩孔缩松缺陷预测ProCAST软件在温度场模拟与缩松缩松预测方面应用较为成熟，已广泛用于辅助实际产品铸造工艺设计。美国Metalcast公司将PorCAST软件用于其复杂高温合金精铸件的缩孔缩松缺陷预测以及工艺优化中，将产品不合格率由25%降低至3%，获得了巨大效益[2]。国内沈阳黎明发动机厂利用ProCAST软件模拟了K4169大直径薄壁复杂涡轮发动机机匣精铸工艺，预测了缩孔缩松缺陷的分布并进行了实验验证，如图1所示[3]。此外，北京航空材料研究院、沈阳黎明发动机厂也

4、利用ProCAST软件对K403火箭筒头罩[4]、K4104重型燃气轮大型叶片[5]、K4169扩压器[6]等精铸件进行了工艺模拟和优化，并取得了良好的应用效果。（a）模拟结果（b）实验结果图1机匣铸件缩孔缩松缺陷模拟结果与检测结果对比Fig.1Comparisonofcalculatedandexperimentalresultofshrinkageporosity1.2应力模拟与热裂预测对于复杂薄壁精铸件，由应力所导致的铸件开裂、变形往往难以控制。ProCAST应力场模拟技术也逐渐用于铸件热裂倾向性和变形预测。王跃平[7]模拟了高温合金叶片精铸件应力场，并用切割法测

5、量了铸件的残余应力，模拟结果与实验结果吻合良好。石照夏[8]模拟了K418增压涡轮的应力场并探明了引起热裂缺陷的原因。洪耀武[9]基于铸造应力场模拟改进了K424调节片的浇注工艺，显著消除了热裂缺陷并将铸件合格率提高了30%。然而，由于高温区力学性能参数缺乏、影响最终铸件应力分布的因素众多、热力双向耦合模拟对计算条件要求较高[10]、残余应力测试方法复杂等原因，铸造应力场模拟及变形预测技术的应用仍有待于深化研究。1.3微观组织模拟与预测发动机热端部件工况恶劣，对铸件在中低温条件下低周疲劳寿命要求严格。普通熔模精铸件一般为粗大的树枝晶或柱状晶，铸件在服役过程中易发生疲劳和

6、断裂[11]。随着凝固微观组织计算模型和算法研究的进展，ProCAST微观组织模拟技术也逐渐用于铸件微观组织的预测。X.Xue[12]在温度场计算的基础上，模拟了K35汽轮机叶片铸件的晶粒大小和二次枝晶臂间距，并进行了实验验证。王鹏飞[13]采用CAFE法模拟了K4202高温合金热控法细晶铸造微观组织，并获得了整体细化的晶粒组织。虽然现有模型和算法模拟得到的微观组织结果都取得了与实验较为一致的结果，但仍仅针对于铸件局部区域，尚未能直接用于实际铸造现场。因此，如何将微观组织模拟与实际铸造工艺相结合仍是需要思考的问题。2、高温合金定向凝固及单晶制备过程数值模拟航空发动机及重

7、型燃气轮机涡轮叶片已普遍采用定向柱状晶或单晶高温合金。定向凝固工艺复杂，影响因素众多，ProCAST软件在该领域逐渐得到应用。2.1定向凝固材料参数及边界条件研究定向凝固工艺依靠加热炉体的保温和冷却介质的冷却产生定向凝固所需的温度梯度，材料热物性参数、界面及边界条件参数的准确获取对温度场的准确计算至关重要。目前，国内在高温合金、型芯、型壳材料参数方面积累较少，尤其是高温区的热物性参数和界面换热系数匮乏，真正按照实际材料和工艺由实验测得的参数较少，已有的部分数据较为分散且无法公开获取。而美国Arizon大学早在1978年就发表了长篇论文“T