考虑包晶相的Ti—Al合金定向凝固枝晶生长数值模拟.pdf

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1、Dec．2012铸造VOI．61NO．12FOUNDRY·1415·考虑包晶相的Ti—AI合金定向凝固枝晶生长数值模拟徐吉祥，许庆彦‘，程锦，张虎，柳百成(1．清华大学机械工程系，先进成形制造教育部重点实验室，北京100084；2．北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京100191)摘要：考虑二元合金包晶反应和包晶转变过程，采用改进的CA方法建立了Ti．Al合金定向凝固过程中的组织演变数值计算模型，对液态金属冷却定向凝固过程中Ti-47．8A1(原子分数，％)合金包晶相的形成和具有不同优先生长方向的柱状晶的竞争生长进行了模

2、拟。模拟了40K／cm和80K／cm两种温度梯度下合金的组织演化，并与相应的Ti-47A1．2Cr-2Nb合金定向凝固试验结果进行对比。结果表明，较之40K／cm，温度梯度为80K／cm时组织更快地进入稳定生长区，过渡区相对较短，而且柱状晶区晶粒的连续性更好，一次枝晶臂间距减小。关键词：Ti．AI合金；定向凝固；包晶反应；微观组织模拟；温度梯度中图分类号：TG146．1l文献标识码：A文章编号：1001—4977(2012)12—1415—07NumericaISimulationofDendriticGrowthDurin

3、gDirectionaISolidificationConsideringPeritecticPhaseXUJi—xiang，XUQing-yan，CHENGJin，ZHANGHu2，LIUBai-cheng(1．KeyLaboratoryforAdvancedMaterialProcessingTechnology，MinistryofEducation，DepartmentofMechanicalEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China；2．SchoolofMa

4、terialsScienceandEngineering，BeihangUniversity，Beijing100191，China)Ab{；缸砌：InthepresentP印er,numerica1modelsformicrostructureevolutionduringdirectionalsolidificationprocessofTi．Alalloyweredevelopedonthebasisofmodifiedcellularautomaton(MCA)method,whichtookintoaccountt

5、heperitecticreactionandperitectictransformation．ThemodelswereappliedtothesimulationoftheformationofpetitecticphaseandthecompetitivegrowthofcolumnardendriteswithdifferentpreferredgrowthorientationduringdirectionalsolidificationprocessofTi一47Al(atomicfraction,％)alloy

6、usingliquidmeta1cooling(LMC)method．Simulationsofmicrostructureevolutionduringdirectionalsolidificationwereperformedatthethermalgradientof40K／cmand80K／crn,andsimulatedresultswerecomparedwithcorespondingexperimentsofTi．47A1．2Cr一2Nb．Simulatedandexperimentalresultsshow

7、thatcolumnargrainswerewellalignedalongthegrowthdirectionfromtheboRomuptotheupperpartoftheingotat80K／cm,andcomparedwithcolumnargrainsobtainedatthethermalgradientof40K／cm,theprimarydendritealTflspacingdecreased．Keywords：Ti—A1-alloy；directionalsolidification；peritecti

8、creaction；simulationofmicrostructure；thermalgradientTi．Al合金是典型的包晶合金，在其凝固过程中会组织演化的数值模拟研究较少，而且Ti—A1合金在定向经历多个包晶反应。国内外学者针对Ti—Al合金定向凝凝固过程中发生的包晶反应和包晶转变