Preview

Известия вузов. Цветная металлургия

Расширенный поиск

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТИ ФОРМЫ И ВНУТРИ ОТЛИВКИ ПРИ ВЫСОКОГРАДИЕНТНОЙ НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2017-4-53-61

Полный текст:

Аннотация

С целью определения температурного градиента в заготовках, получаемых методом направленной кристаллизации (НК) на установке УВНС-6 (производства ВИАМ, г. Москва), были получены монокристаллические заготовки из никелевого жаропрочного сплава ВЖМ3. При этом использовались технологии НК с жидкометаллическим охладителем (ЖМО) и без него (метод Бриджмена–Стокбаргера). В качестве жидкометаллического охладителя применялся расплав олова. В процессе получения заготовок велась запись показаний термопар, установленных на поверхности керамической формы. Моделирование процесса направленной кристаллизации заготовок из жаропрочного никелевого сплава ВЖМ3 на установке УВНС-6 проводилось в программе ProCast с использованием найденных в литературе теплофизических свойств исследуемого сплава, керамической формы и частей установки НК, а также граничных условий между ними (коэффициенты теплопередачи и теплоотдачи). Показано хорошее совпадение расчетных и экспериментальных значений распределения температуры в форме при кристаллизации с помощью ЖМО и методом Бриджмена-Стокбаргера, что позволяет использовать моделирование процесса получения заготовок в программе ProCast для прогнозирования значений температурного градиента на фронте кристаллизации, положения фронта кристаллизации, размера двухфазной области, где происходит формирование дендритной структуры сплава. Значение температурного градиента, достигаемого в заготовке в случае использования метода Бриджмена–Стокбаргера, по результатам моделирования составило 36 °С/см. В случае применения ЖМО температурный градиент составил 204 °С/см, т.е. оказался в 6 раз выше, чем достигаемый при использовании метода Бриджмена–Стокбаргера. Найденные теплофизические свойства и граничные условия могут быть востребованы при проведении компьютерного моделирования литья лопаток из жаропрочных никелевых сплавов.

 

 

Об авторах

Ю. А. Бондаренко
Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ), г. Москва
Россия

докт. техн. наук, гл. науч. сотрудник лаборатории «Технологии литейных процессов жаропрочных сплавов и сталей» 



А. Б. Ечин
Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ), г. Москва
Россия

канд. техн. наук, начальник лаборатории «Технологии литейных процессов жаропрочных сплавов и сталей» 



В. Е. Баженов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва
Россия

канд. техн. наук, доцент кафедры литейных технологий и художественной обработки материалов 



А. В. Колтыгин
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва
Россия

канд. техн. наук, доцент кафедры литейных технологий и художественной обработки материалов 



Список литературы

1. Bridgman P.W. Certain physical properties of single crystals of tungsten, antimony, bismuth, tellurium, cadmium, zinc, and tin // Proc. Amer. Acad. Arts Sci. 1925. Vol. 60. P. 305—383.

2. Stockbarger D.C. The production of large single crystals of lithium fluoride // Rev. Sci. Instr. 1936. Vol. 7. P. 133—136.

3. Gell M., Duhl D.N., Giamei A.F. The development of single crystal superalloy turbine blades // Superalloys. 1980. Vol. 41. P. 205—214.

4. Бондаренко Ю.А. Перспективы и технология направленной кристаллизации крупногабаритных рабочих лопаток наземных газовых турбин // Материаловедение. 1998. No. 7. С. 21—25.

5. Fan J., Li X., Su Y., Chen R., Guo J., Fu H. Dependency of microstructure parameters and microhardness on the temperature gradient for directionally solidified Ti—49Al alloy // Mater. Chem. Phys. 2011. Vol. 130. P. 1232—1238.

6. Elliott A.J., Pollock T.M., Tin S., King W.T., Huang S.-C., Gigliotti M.F.X. Directional solidification of large super-alloy castings with radiation and liquid-metal cooling: a comparative assessment // Metal. Mater. Trans. A. 2004. Vol. 35 P. 3221—3231.

7. Bingming G., Lin L., Xinbao Z., Taiwen H., Jun Z., Hengzhi F. Effect of directional solidification methods on the cast microstructure and grain orientation of blade shaped DZ125 superalloy // Rare Metal Mater. Eng. 2013 Vol. 42. Is. 11. P. 2222—2227.

8. Hugo F., Betz U., Ren J., Huang S.-C., Bondarenko J. Casting of directionally solidified and single crystal components using liquid metal cooling (LMC): Results from experimental trials and computer simulations // Proc. Int. Symp. on Liquid Metal Processing and Casting. Santa Fe: VMD AVS, 1999. P. 16—30.

9. Brundidge C.L., Miller J.D., Pollock T.M. Development of dendritic structure in the liquid-metal-cooled, directional-solidification process // Metal. Mater. Trans. A. 2011. Vol. 42A. P. 2723—2732.

10. Miller J.D., Pollock T.M. Process Simulation for the directional solidification of a tri-crystal ring segment via the bridgman and liquid-metal-cooling processes // Metal. Mater. Trans. A. 2012. Vol. 43A. P. 2414—2425.

11. Kermanpur A., Mehrara M., Varahram N., Davami P. Improvement of grain structure and mechanical properties of a land based gas turbine blade directionally solidified with liquid metal cooling process // Mater. Sci. Technol. 2008. Vol. 24. Iss. 1. P. 100—106.

12. Монастырский В.П., Кондратьева М.С. Моделирование направленной кристаллизации отливок из никелевых жаропрочных сплавов в установке с водоохлаждаемым кристаллизатором // Литейщик России. 2013. No. 1. С. 23—27.

13. Монастырский В.П. Моделирование микропористости в отливках, затвердевающих в условиях направленного теплоотвода // Тепловые процессы в технике. 2011. Т. 3. No. 1. С. 20—27.

14. Монастырский В.П., Рожкова М.К. Регрессионная модель процесса направленной кристаллизации отливок из никелевых жаропрочных сплавов в установке УВНК-8П // Литейщик России. 2012. No. 1. С. 22—27.

15. Echin A., Bondarenko Y. Turbine blades production technique equipment built with a glance of high-gradient directional crystallization process nature // MATEC Web of Conferences. 2014. Vol. 14. P. 13001.

16. Caron P. High γ’ solvus new generation nickel-based superalloys for single crystal turbine blade applications // Superalloys. 2000. Vol. 2000. P. 737—746.

17. Liu G., Liu L., Ai C., Ge B., Zhang J., Fu H. Influence of withdrawal rate on the microstructure of Ni-base single-crystal superalloys containing Re and Ru // J. Alloys and Compnd. 2011. Vol. 509. P. 5866—5872.

18. Бондаренко Ю.А., Ечин А.Б. Направленная кристаллизация жаропрочного сплава с переменным управляемым градиентом // Вопросы материаловедения. 2016. No. 3. С. 50-58.

19. Мальцева Ю.Ю., Монастырский А.В. Моделирование процесса направленной кристаллизации отливок из жаропрочных никелевых сплавов // CADmaster. 2010. No. 1. С. 36—40.

20. Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей (Сплавы, технология, покрытия). М.: МИСиС, 2001.

21. Ечин А.Б. Влияние температурного градиента и скорости кристаллизации на структуру и свойства монокристаллических Re и Ru содержащих жаропрочных сплавов применительно к высокоградиентной технологии литья лопаток ГТД: Дис. … канд. техн. наук. М.: ВИАМ, 2016.

22. Пикунов М.В. Плавка металлов. Кристаллизация сплавов. Затвердевание отливок: Учеб. М.: МИСиС, 2005.

23. Жмуриков Е.И., Савченко И.В., Станкус С.В., Tecchio L. Измерения теплофизических свойств графитовых композитов для конвертора нейтронной мишени // Вестник НГУ. Сер. Физика. 2011. Т. 6. No. 2. С. 77—84.


Для цитирования:


Бондаренко Ю.А., Ечин А.Б., Баженов В.Е., Колтыгин А.В. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТИ ФОРМЫ И ВНУТРИ ОТЛИВКИ ПРИ ВЫСОКОГРАДИЕНТНОЙ НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ. Известия вузов. Цветная металлургия. 2017;(4):53-61. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2017-4-53-61

For citation:


Bondarenko Y.A., Echin A.B., Bazhenov V.E., Koltygin A.V. SIMULATION OF TEMPERATURE FIELD AT THE MOLD SURFACE AND INSIDE THE CASTING AT HIGH-GRADIENT DIRECTIONAL SOLIDIFICATION PROCESS. Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy. 2017;(4):53-61. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2017-4-53-61

Просмотров: 180


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)