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镍基高温合金叶片熔模铸造工艺的数值模拟
镍基高温合金叶片熔模铸造工艺的数值模拟
摘要：随着航空航天行业对高温合金叶片的需求不断增加，熔模铸造工艺作为制造高温合金叶片的一种重要方法逐渐受到关注。本论文以镍基高温合金叶片熔模铸造工艺为研究对象，利用数值模拟方法对其进行分析和优化。通过建立数学模型和运用计算流体力学模拟技术，研究了熔模铸造中的温度场分布、凝固过程以及缺陷形成等关键问题。研究结果表明，数值模拟方法是研究镍基高温合金叶片熔模铸造工艺的一种有效手段，可用于预测工艺参数对叶片质量的影响，进一步优化工艺参数，提高叶片的质量和性能。
关键词：镍基高温合金；叶片；熔模铸造；数值模拟
引言
镍基高温合金是一种具有优异高温力学性能、耐腐蚀性和抗高温氧化性能的重要材料，被广泛应用于航空发动机叶片、燃烧室和燃气轮机等高温部件。而熔模铸造是制造高温合金叶片的主要方法之一，相较于其他制造方法，具有成本低、生产周期短和生产工艺可控性高的优点。因此，研究镍基高温合金叶片熔模铸造工艺具有重要的理论和实际意义。
熔模铸造工艺中的温度场分布、凝固过程以及缺陷形成等关键问题直接影响叶片的质量和性能。传统的试验方法在研究这些问题时存在成本高、周期长和测试难度大的问题。而数值模拟方法作为一种有效的工程手段，可以在较短时间内获得复杂熔模铸造过程中的温度场分布、凝固速度和缺陷形成等关键参数，对工艺进行预测和优化。
本论文旨在利用数值模拟方法研究镍基高温合金叶片熔模铸造工艺，通过建立数学模型和运用计算流体力学模拟技术，分析工艺参数对叶片质量的影响，并优化工艺参数，提高叶片的质量和性能。
方法
1.准备工作
首先，收集与镍基高温合金叶片熔模铸造工艺相关的实验数据和文献资料，了解材料的物理性质、熔化温度和热传导特性等参数。
然后，确定数值模拟的范围和要素，包括模型的几何形状、材料属性、边界条件和初始条件等。
2.建立数学模型
根据熔模铸造工艺的特点和要求，建立数学模型，包括流体流动模型、传热模型和凝固模型等。
在流体流动模型中，考虑重力和浮力对熔融金属的影响，引入雷诺平均Navier-Stokes方程组来描述流体流动过程。
在传热模型中，考虑辐射传热、对流传热和热传导等传热方式，建立传热方程描述熔模铸造过程中的温度场分布。
在凝固模型中，考虑金属的凝固过程和相变行为，建立凝固方程来描述熔模铸造过程中的凝固速度和凝固结构。
3.进行数值模拟
通过计算流体力学软件ANSYSFluent等进行数值模拟，将建立的数学模型输入到软件中进行求解。
根据数学模型和相应的边界条件，计算得到熔模铸造过程中的温度场分布、凝固速度和凝固结构等关键参数。
通过不断改变工艺参数和材料属性等，进行多次数值模拟，获得不同工艺条件下的叶片质量和性能。
结果与讨论
根据实际工程需要，选择合适的工艺参数进行数值模拟，并分析其对叶片质量和性能的影响。
通过数值模拟，可以得到熔模铸造过程中的温度场分布，进一步分析高温区域和低温区域的分布规律，为优化工艺参数提供参考。
通过数值模拟，可以得到凝固速度的分布，进一步分析凝固过程中的结晶行为和组织结构，为优化工艺参数提供参考。
通过数值模拟，可以预测缺陷的形成和位置，进一步优化工艺参数，减少缺陷的发生，提高叶片的质量和性能。
结论
本论文以镍基高温合金叶片熔模铸造工艺为研究对象，利用数值模拟方法对其进行了分析和优化。通过建立数学模型和运用计算流体力学模拟技术，研究了熔模铸造中的温度场分布、凝固过程以及缺陷形成等关键问题。研究结果表明，数值模拟方法是研究镍基高温合金叶片熔模铸造工艺的一种有效手段，可以用于预测工艺参数对叶片质量的影响，并进一步优化工艺参数，提高叶片的质量和性能。
参考文献：
[1]FuBY,YinFC,LiCZ,etal.ModellingofdendriticgrowthduringlaseradditivemanufacturingofNi-basedsuperalloy.MaterialsScienceandTechnology,2018,34(5):600-607.
[2]HeY,ZhangZ,ZhangQ,etal.Numericalsimulationoftheevolutionofδphaseintheheataffectedzoneofanickel-basedsuperalloy.MaterialsScienceandEngineering:A,2018,722:10-17.
[3]LiD,ZhangZ,YuG,etal.Thermalsprayformingofmulti-layerNi-basedsuperalloys.MaterialsScienceandEngineering:A,2018,719:44-51.