文章标题:电子束逐层浇注高温合金充型及 凝固过程数值模拟
文章作者:宁莉丹1,2,谭 毅1,2,李鹏廷1,2,温书涛3
关 键 字:电子束;数值模拟;逐层浇注;高温合金;浇注速度
文章摘要:
电子束熔炼已成为制备高温合金铸锭的关键技术,其凝固组织直接决定着铸造质量以及后续开坯锻造的
性能。 对铸锭凝固过程中组织的形成进行系统、详细分析,具有现实和重要意义。 考虑到实验成本高、难度大,本文基于
ProCAST 软件建立了高温合金制备充型与凝固过程数学模型, 以预测电子束熔炼条件下逐层充型与凝固过程中温度
场、流场及凝固结构演变,模拟了不同浇注速度下(0.5、1.0、1.5、2.0 和 4.0kg/s)铸造直径 220mm 高温合金铸锭的温度
场、流场及凝固组织,探讨了温度场、流速及凝固组织随浇注速度的变化规律。结果表明,镍基高温合金铸锭逐层浇注过
程中,铸锭顶部合金温度高,底部合金温度低,实现了从底部到顶部的顺序凝固。随着浇注速度的增大,温度梯度明显增
大,上层合金熔体对下层合金温度变化影响变小,即温度回升幅度减小。在中心区域,热量积聚更为显著,可能导致铸锭
内部产生较大的热应力和缺陷。 浇注速度的变化对合金流动的最大速度及合金液面波动的影响较大。 随着浇注速度增
加,监测点的流体速度变化呈现出更为明显的波动现象,特别是在靠近浇注入口的区域,浇注速度越大,合金液的冲击
深度越大。浇注速度显著影响了凝固过程中晶粒的生长行为与取向分布。较低的浇注速度有利于柱状晶的形成,晶粒尺
寸较大且取向较为有序;而较高的浇注速度则促使中心区域晶粒细化,晶粒取向更加杂乱。