一種確定定向凝固鑄造中鑄型擺放位置的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種確定定向凝固鑄造中鑄型擺放位置的方法，包括以下步驟：將高溫合金鑄件的外壁劃分為外凸結(jié)構(gòu)區(qū)和內(nèi)凹結(jié)構(gòu)區(qū)；確定高溫合金鑄件的質(zhì)心連接曲線；沿高溫合金鑄件定向晶生長方向選取若干個橫向截面，然后對選取的若干個橫向截面進(jìn)行散熱分析，得出每一個橫向截面內(nèi)凹部分的平均輻射角系數(shù)，調(diào)整鑄型在定向凝固爐中的擺放位置，比較選取的若干個橫向截面內(nèi)凹部分的平均輻射角系數(shù)在定向凝固爐中不同位置時的大小，當(dāng)鑄型所處的位置使得選取的各個橫向截面內(nèi)凹部分的平均輻射角系數(shù)的大小最大時，為鑄型在定向凝固爐中的最佳擺放位置。本發(fā)明通過對高溫合金鑄件外壁的散熱情況進(jìn)行分析，獲得了對定向晶組織生長有利的鑄型擺放位置。
【專利說明】一種確定定向凝固鑄造中鑄型擺放位置的方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明屬于定向凝固制造領(lǐng)域，具體涉及一種確定定向凝固鑄造中鑄型擺放位置的方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]采用定向凝固鑄造工藝可以使定向晶高溫合金鑄件的晶粒沿?zé)崃髁魇У姆较蚨ㄏ蚺帕校@樣可以基本消除垂直于應(yīng)力軸的橫向晶界，從而大幅度提高高溫合金鑄件的性能，如渦輪葉片的力學(xué)性能和承溫性能。但是在實際生產(chǎn)過程中，所生產(chǎn)的定向晶高溫合金鑄件時常含有晶體缺陷，例如鑄件局部多晶、晶體取向偏移；另外，定向晶聞溫合金鑄件廣品的制成分散率極大，即在所有控制條件不變的情況下，并不能保證鑄件的成功制造。
[0003]針對定向晶高溫合金鑄件易出現(xiàn)缺陷且制造制成分散率大這兩個不足，國內(nèi)外做了大量研究，發(fā)現(xiàn)影響因素眾多。首先是溫度梯度的控制，定向凝固過程中，溫度梯度大小及方向的控制是決定定向晶高溫合金鑄件是否能制成的最重要因素。溫度梯度越大，對定向晶高溫合金鑄件越有利，但是限于現(xiàn)有的定向凝固技術(shù)，溫度梯度的大小仍然在一個有限的范圍內(nèi)，所以，在定向晶高溫合金鑄件的生長過程中必須要綜合其他因素保證定向晶高溫合金鑄件成功制成。其次是冷卻裝置的冷卻介質(zhì)、定向凝固爐的情況、高溫合金鑄件結(jié)構(gòu)形式等都對最終的鑄件質(zhì)量有所影響。不過，在保證了上述控制參數(shù)處于合理范圍內(nèi)的情況下，定向凝固鑄件仍會 出現(xiàn)晶體缺陷和制成分散率極大這兩個問題。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種確定定向凝固鑄造中鑄型擺放位置的方法，采用該方法為高溫合金鑄件的高質(zhì)量制造提供了必要條件。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下實現(xiàn)方案:
[0006]一種確定定向凝固鑄造中鑄型擺放位置的方法，包括以下步驟:
[0007]步驟I)沿高溫合金鑄件定向晶生長方向的周向外壁進(jìn)行特征分割，將高溫合金鑄件的外壁劃分為外凸結(jié)構(gòu)區(qū)和內(nèi)凹結(jié)構(gòu)區(qū)；
[0008]步驟2)確定高溫合金鑄件的質(zhì)心連接曲線，所述質(zhì)心連接曲線為垂直于高溫合金鑄件定向晶生長方向的橫向截面質(zhì)心的連線；
[0009]步驟3 )沿垂直于高溫合金鑄件定向晶生長方向在內(nèi)凹結(jié)構(gòu)區(qū)選取若干個橫向截面，然后對選取的若干個橫向截面進(jìn)行散熱分析，得出每一個橫向截面內(nèi)凹部分的平均輻射角系數(shù)，其中，對選取的若干個橫向截面進(jìn)行散熱分析的坐標(biāo)原點為步驟2)中確定的質(zhì)心連接曲線與選取的若干個橫向截面的交點，平均輻射角系數(shù)為高溫合金鑄件橫向截面內(nèi)凹部分輻射到定向凝固爐冷卻裝置上的熱量與高溫合金鑄件橫向截面內(nèi)凹部分總散熱量的比值；
[0010]步驟4)調(diào)整鑄型在定向凝固爐中的擺放位置，比較選取的若干個橫向截面內(nèi)凹部分的平均輻射角系數(shù)在鑄型位于定向凝固爐中不同位置時的大小，當(dāng)鑄型所處的位置使得選取的各個橫向截面內(nèi)凹部分的平均輻射角系數(shù)的平均值大小最大時，為鑄型在定向凝固爐中的最佳擺放位置。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，步驟2)中，質(zhì)心連接曲線的確定包括以下步驟:首先沿高溫合金鑄件定向晶生長方向?qū)崿F(xiàn)不同功能的結(jié)構(gòu)分開；接著選取各個結(jié)構(gòu)兩端的橫向截面及其中間部分若干個橫向截面；然后確定每一個橫向截面的質(zhì)心；最后利用各個橫向截面的質(zhì)心數(shù)據(jù)，結(jié)合內(nèi)插值算法，確定高溫合金鑄件橫向截面的質(zhì)心連接曲線。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，內(nèi)凹結(jié)構(gòu)區(qū)任意一個橫向截面內(nèi)凹部分的平均輻射角系
數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種確定定向凝固鑄造中鑄型擺放位置的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)沿高溫合金鑄件定向晶生長方向的周向外壁進(jìn)行特征分割，將高溫合金鑄件的外壁劃分為外凸結(jié)構(gòu)區(qū)和內(nèi)凹結(jié)構(gòu)區(qū)； 2)確定高溫合金鑄件的質(zhì)心連接曲線，所述質(zhì)心連接曲線為垂直于高溫合金鑄件定向晶生長方向的橫向截面質(zhì)心的連線； 3 )沿垂直于高溫合金鑄件定向晶生長方向在內(nèi)凹結(jié)構(gòu)區(qū)選取若干個橫向截面，然后對選取的若干個橫向截面進(jìn)行散熱分析，得出每一個橫向截面內(nèi)凹部分的平均輻射角系數(shù)，其中，對選取的若干個橫向截面進(jìn)行散熱分析的坐標(biāo)原點為步驟2)中確定的質(zhì)心連接曲線與選取的若干個橫向截面的交點，平均輻射角系數(shù)為高溫合金鑄件橫向截面內(nèi)凹部分輻射到定向凝固爐冷卻裝置上的熱量與高溫合金鑄件橫向截面內(nèi)凹部分總散熱量的比值； 4)調(diào)整鑄型在定向凝固爐中的擺放位置，比較選取的若干個橫向截面內(nèi)凹部分的平均輻射角系數(shù)在鑄型位于 定向凝固爐中不同位置時的大小，當(dāng)鑄型所處的位置使得選取的各個橫向截面內(nèi)凹部分的平均輻射角系數(shù)的平均值大小最大時，為鑄型在定向凝固爐中的最佳擺放位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定定向凝固鑄造中鑄型擺放位置的方法，其特征在于，步驟2)中，質(zhì)心連接曲線的確定包括以下步驟:首先沿高溫合金鑄件定向晶生長方向?qū)崿F(xiàn)不同功能的結(jié)構(gòu)分開；接著選取各個結(jié)構(gòu)兩端的橫向截面及其中間部分若干個橫向截面；然后確定每一個橫向截面的質(zhì)心；最后利用各個橫向截面的質(zhì)心數(shù)據(jù)，結(jié)合內(nèi)插值算法，確定高溫合金鑄件橫向截面的質(zhì)心連接曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的確定定向凝固鑄造中鑄型擺放位置的方法，其特征在于，步驟3)中，內(nèi)凹結(jié)構(gòu)區(qū)任意一個橫向截面內(nèi)凹部分的平均輻射角系數(shù)&,—@，其計算公式為:
V'I I I.~=--h ---1----( I )PVt-PQ RRR…
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eI頂 LQ'N xON^QN ε2 ArC0N 其中，、(^為內(nèi)凹結(jié)構(gòu)區(qū)任意一個橫向截面內(nèi)凹部分的切線與該處橫向截面的兩個切點，P、Q分別為P 所在直線與定向凝固爐冷卻裝置受輻射面的兩個交點，M和N為該處橫向截面K在定向凝固爐冷卻裝置受輻射面的兩個邊界點，￡1和ε2分別是鑄型和冷卻裝置的發(fā)射率；ZpT—m表示曲線面P' Q'對直線面P' M的平均輻射角系

L p1。' + L p'μ Lfy'數(shù)，計算公式為_兩=2ArCp" > ^7—PT/表示直線面P M對曲線面PM的平均福射角系數(shù)，計算公式為
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的確定定向凝固鑄造中鑄型擺放位置的方法，其特征在于，選取的橫向截面為5~7個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的確定定向凝固鑄造中鑄型擺放位置的方法，其特征在于，該高溫合金鑄件只有一個內(nèi)凹結(jié)構(gòu)區(qū)。
【文檔編號】B22D27/00GK103736979SQ201310743127
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】李滌塵, 廉媛媛, 魯中良 申請人:西安交通大學(xué)