一种电磁冷坩埚定向凝固Nb-Si基合金工艺仿真系统及方法技术方案

一种电磁冷坩埚定向凝固Nb

【技术实现步骤摘要】
一种电磁冷坩埚定向凝固Nb
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Si基合金工艺仿真系统及方法


[0001]本专利技术涉及冷坩埚定向凝固
，特别涉及一种电磁冷坩埚定向凝固Nb
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Si基合金工艺仿真系统及方法。

技术介绍

[0002]发动机是战斗机的“心脏”，在航空飞机的研发过程中，其研制耗时最长。随着对发动机推重比要求的提高，航空发动机对材料及其高温性能的要求越来越高，在发动机性能不断提升的过程中，预计新材料、新工艺、新结构对更高推重比发动机的贡献为50％以上。目前，发动机材料已由镍基高温合金不断向新型合金转化，国外先进的航空发动机总重量的25％
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40％为高温钛合金。美国GE公司、PCC公司等公司在低压涡轮上应用TiAl合金后，质量减轻，推重比大幅提升，这也使涡轮前端温度进一步提高，这对涡轮叶片的承温能力又有更高的要求。Nb
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Si基合金被视为可在1200
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1450℃下使用的高温结构材料的候选材料之一，可作为叶片材料，替代镍基合金，是目前研究的热点材料之一。采用电磁冷坩埚定向凝固的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁冷坩埚定向凝固Nb
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Si基合金工艺仿真系统，其特征在于所述系统包括：电磁冷坩埚几何模型绘制模块、参数设定模块、网格剖分模块、电磁冷坩埚定向凝固时间及时间步获取模块、固液界面位置及形态获取模块；所述电磁冷坩埚几何模型绘制模块用于根据电磁冷坩埚工艺图绘制电磁冷坩埚几何模型；所述参数设定模块包括：材料参数赋予单元、边界条件设定单元；所述材料参数赋予单元用于为电磁冷坩埚几何模型赋予材料参数；所述边界条件设定单元用于为电磁冷坩埚几何模型设定边界条件；所述网格剖分模块用于将设定好参数的电磁冷坩埚几何模型进行网格剖分，并将剖分后的电磁冷坩埚几何模型的物理方程进行离散化获得求解矩阵；所述电磁冷坩埚定向凝固时间及时间步获取模块用于将求解矩阵输入到频率
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瞬态求解器中获得电磁冷坩埚定向凝固的时间及时间步；所述固液界面位置及形态获取模块用于根据电磁冷坩埚定向凝固的时间及时间步绘制三维磁通密度模、温度场的云图和不同功率下的时间
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温度曲线，并根据三维磁通密度模、温度场的云图获得电磁冷坩埚定向凝固固液界面位置及形态。2.根据权利要求1所述的一种电磁冷坩埚定向凝固Nb
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Si基合金工艺仿真系统，其特征在于：所述电磁冷坩埚几何模型绘制模块用于根据电磁冷坩埚工艺图绘制电磁冷坩埚几何模型，具体为：首先，在ComsolMultiphysics软件中添加电磁冷坩埚定向凝固模拟仿真过程中涉及的变量，具体包括：坩埚的长、宽、高，熔体半径及高度，合金的熔点及辐射率；然后，根据电磁冷坩埚设备出厂时的工艺图，利用ComsolMultiphysics软件中的绘图功能在三维空间坐标系下进行参数化几何模型的建立获得电磁冷坩埚几何模型。3.根据权利要求2所述的一种电磁冷坩埚定向凝固Nb
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Si基合金工艺仿真系统，其特征在于：所述材料参数赋予单元用于为电磁冷坩埚几何模型赋予材料参数，具体为：设置坩埚材料、分瓣材料、真空域材料、熔体材料；其中，根据Nb
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Si材料的物性参数进行材料设定；所述Nb
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Si材料的物性参数包括：相对磁导率、相对介电常数、电导率、比热、密度、熔点、相变潜热、温度过渡区间半宽。4.根据权利要求3所述的一种电磁冷坩埚定向凝固Nb
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Si基合金工艺仿真系统，其特征在于：所述边界条件设定单元用于为电磁冷坩埚几何模型设定边界条件，具体包括：磁场边界条件的设定、温度场边界条件的设定；所述磁场边界条件的设定包括：线圈参数及阻抗边界条件的设定；所述温度场边界条件包括：环境温度边界条件、相变材料边界条件、表面辐射边界条件、热通量边界条件。5.根据权利要求4所述的一种电磁冷坩埚定向凝固Nb
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Si基合金工艺仿真系统，其特征在于：所述网格剖分模块用于将设定好参数的电磁冷坩埚几何模型进行网格剖分，并将剖分后的电磁冷坩埚几何模型的物理方程进行离散化获得求解矩阵，具体为：利用有限元方法，结合磁场温度场的边界条件对进行电磁冷坩埚几何模型进行网格剖分，并将剖分后的电磁冷坩埚几何模型进行物理方程的离散化获得求解矩阵；
剖分后的电磁冷坩埚几何模型的物理方程如下：其中，Q
RMS
是电磁损耗均方根，R
e
是电磁场中电荷的电阻率，是电场复共轭，是磁场复共轭，σ是电导率，是电场强度矢量，ω是交变电流的角频率，是电位移，是电磁感应强...

【专利技术属性】
技术研发人员：王墅，陈瑞润，陈德志，张效夫，郝佳琦，王亮，苏彦庆，郭景杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：