镍基高温合金复合型点阵夹芯板设计和熔模铸造

摘要

在四面体、金子塔、Kagome三种芯子结构的基础上设计了四种复合型的点阵夹芯板。并采用ANSYS数值模拟软件对复合型点阵夹芯板进行了平压性能的研究。通过ProCast铸造模拟软件分析了浇注系统、充型温度、型壳预热温度、缝隙厚度对铸件成形性的影响,最终优化出一套合理的浇注方案。
　　四面体、金字塔、Kagome三种芯子结构平压载荷理论力学分析得出,相对密度为0.051的三种IN718合金芯子结构的有效弹性模量分别为4.75GPa、3.38GPa、4.75GPa;有效屈服应力分别为40.8MPa、34.5MPa、40.8MPa。通过数值模拟计算,在平压位移载荷条件下,四面体、金字塔并列倒置排列的复合型点阵夹芯板产生的应力集中值最小,平压性能最为优越;在平面压力载荷条件下,并列倒置型夹芯板在四种复合型点阵夹芯中板中面板变形量最小。
　　对不同浇注系统的充型、凝固过程和缺陷预测分析表明:双缝隙式浇注系统充型最为平稳,产生缩松缩孔缺陷的体积最小、热裂敏感部位产生热裂的倾向最小;对不同缝隙厚度的铸造模拟结果表明,随着缝隙厚度的增加,缩松缩孔缺陷先减小后增加,当缝隙厚度为6mm时,充型最为平稳,产生的缺陷的体积最小。不同浇注温度条件下,缩松缩孔和热裂的缺陷均呈现先减小后增大的变化趋势,在1460℃时,产生的缺陷体积最少;在不同的型壳预热温度条件下,缩松缩孔缺陷体积随着型壳预热温度的升高而减小。
　　三因素组合试验结果表明,最佳浇注工艺条件为:浇注温度为1460℃、型壳预热温度为920℃,充型速度为40mm/s。通过对IN718高温合金点阵夹芯板熔模铸造实验研究表明,采用双缝隙式浇注系统,缝隙厚度为6mm和最佳浇注工艺参数时,铸件成型完整,质量合格。

目录

镍基高温合金复合型点阵夹芯板 设计和熔模铸造

DESIGN AND INVESTMENT CASTING FOR COMPOND SANDWICH PANELS OF NI-BASED SUPERALLOY

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 铸造镍基高温合金国内外的发展状况

1.3三维点阵夹芯板的研究现状

1.4 ProCast铸造数值模拟软件的功能和特点

1.5 主要研究内容

第2章 实验方法和实验材料

2.1点阵夹芯板铸造过程数值模拟

2.2 熔模铸造实验方法和实验材料

2.3 IN718合金的熔炼和浇注

第3章 复合型点阵夹芯板平压性能理论分析和 结构优化设计

3.1引言

3.2四面体、金字塔、3D-kagome三种单胞结构力学分析

3.3复合型点阵夹芯板的设计

3.4复合型点阵夹芯板平压性能的数值模拟实验

3.5本章小结

第4章 点阵夹芯板浇注系统设计及优化

4.1 引言

4.2浇注系统设计

4.3数值模拟前处理

4.4不同浇注系统铸造过程数值模拟

4.5缝隙的宽度对铸件质量的影响

4.6本章小结

第5章 铸造工艺参数优化及验证实验

5.1引言

5.2浇注温度对铸件缩松缩孔缺陷的影响

5.3型壳预热温度对缩松缩孔缺陷的影响

5.4铸造工艺参数的选择

5.5点阵夹芯结构熔模铸造实验及工艺参数验证

5.6本章小结

结 论

参考文献

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致 谢