一种基于数值模拟的大模组单晶叶片杂晶缺陷控制方法技术

本发明专利技术属于单晶高温合金铸件制备技术领域，具体涉及一种基于数值模拟的大模组单晶叶片杂晶缺陷控制方法。首先通过数值模拟预测大模组单晶叶片的定向凝固温度场，明确成分过冷孤立区域的分布情况。分析成分过冷孤立区域与定向凝固炉外围加热区域和中心加热区域的相对距离，进而调整大模组单晶叶片定向凝固中心加热温度，直至数值模拟结果显示单晶叶片中的成分过冷孤立区域消失。最后制备大模组单晶叶片模壳，将其置于定向凝固炉中进行凝固，制备单晶叶片并观察叶片截面突变区域是否存在杂晶缺陷，验证本发明专利技术方案中心加热温度调整策略的正确性及准确性，进而固化大模组单晶叶片定向凝固的中心加热温度参数，有效提高单晶叶片的生产效率及良品率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于单晶高温合金铸件制备，具体涉及一种基于数值模拟的大模组单晶叶片杂晶缺陷控制方法。

技术介绍

1、航空发动机是飞机的“心脏”，被誉为现代工业中的“皇冠”，其研发集中了现代工业最尖端的技术和最先进的工业成果，是国家综合国力、工业基础及科技水平的集中体现。而单晶高温合金叶片又被誉为“皇冠上的明珠”，先进航空发动机制造技术的进步与单晶叶片制造技术的发展密切相关。目前，航空发动机单晶高温合金叶片的生产制备大部分均采用基于bridgman晶体生长技术的高速凝固法。经过长期生产实践发现，现在通用的定向凝固炉存在以下两方面的缺点：一、定向凝固炉的水冷结晶器直径较小，大部分直径均小于300mm，导致单个小模组生产的单晶叶片数量有限，叶片的生产效率较低；二、叶片模壳内侧会形成温度梯度和冷却速率明显偏低的“阴影区”，导致杂晶和雀斑等铸造缺陷频发，且这种阴影效应会随着单晶叶片数量的增加而加剧。

2、为了解决上述问题，申请人所在团队在前期设计了一种定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置(cn 207619552 u)，并基于该装置研制了配备大尺寸结晶器(φ50本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于数值模拟的大模组单晶叶片杂晶缺陷控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于数值模拟的大模组单晶叶片杂晶缺陷控制方法，其特征在于，步骤(1)中，数值模拟软件为ProCAST软件，采用正六面体单元进行数值模拟模型离散化处理。

3.根据权利要求1所述的基于数值模拟的大模组单晶叶片杂晶缺陷控制方法，其特征在于，步骤(2)中，数值模拟计算用基本参数包括单晶叶片材料的热物性参数、界面传热参数和工艺条件参数；其中，单晶叶片的热物性参数包括热导率、密度、比热容、固相分数，潜热及固液相线温度；界面传热参数包括热传导系数和辐射换热系数；工艺条件参数...

【技术特征摘要】

1.一种基于数值模拟的大模组单晶叶片杂晶缺陷控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于数值模拟的大模组单晶叶片杂晶缺陷控制方法，其特征在于，步骤(1)中，数值模拟软件为procast软件，采用正六面体单元进行数值模拟模型离散化处理。

3.根据权利要求1所述的基于数值模拟的大模组单晶叶片杂晶缺陷控制方法，其特征在于，步骤(2)中，数值模拟计算用基本参数包括单晶叶片材料的热物性参数、界面传热参数和工艺条件参数；其中，单晶叶片的热物性参数包括热导率、密度、比热容、固相分数，潜热及固液相线温度；界面传热参数包括热传导系数和辐射换热系数；工艺条件参数包括型壳预热温度、浇注温度、抽拉速度、中心加热温度及外围加热上下区温度。

4.根据权利要求1所述的基于数值模拟的大模组单晶叶片杂晶缺陷控制方法，其特征在于，步骤(3)中，采用钨/铼热电偶进行实时测温，测温点的数量不少于6个，分别分布于单晶叶片的引晶段、螺旋段、叶盆、叶背、缘板及榫头处。

5.根据权利要求1所述的基于数...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢君，周亦胄，李金国，吴浩，侯桂臣，孙晓峰，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：