真空吸鑄過程中TiAl合金熔體流動狀態

葉喜蔥， 趙光偉， 吳海華， 郭景杰， 蘇彥慶

(1.三峽大學機械與動力學院，湖北宜昌443002;2.哈爾濱工業大學材料科學與工程學院，哈爾濱150001)

TiAl合金具有相對較低的密度，較高的比強度和比彈性模量，并且在高溫時仍能保持足夠高的強度和剛度，良好的抗蠕變及抗氧化能力。近幾十年來，TiAl合金作為航空航天飛行器用新一代輕質高溫結構材料引起了國內外學者的廣泛關注［1～5］。目前TiAl合金的成型方法有鑄錠冶金［6，7］、粉末冶金［8，9］和鑄造技術［10～13］，為了降低TiAl合金零部件的生產成本，鑄造制備技術得到國內外研究學者的重視。但由于TiAl合金熔體黏度大、流動性差，導致TiAl合金熔體的鑄造性能較差，因此，為獲得質量良好的鑄件，尤其對于薄壁件，合金熔液要具有較高的過熱度［14］，鑄型預熱溫度也很高［15］，這就加劇了高溫條件下熔體和其他物質發生反應，且得到的鑄件鑄態組織粗大。

針對TiAl合金薄壁件成形困難這個問題，本工作利用底澆式真空吸鑄技術成形TiAl合金薄板件，利用重力和壓強差同向耦合提高TiAl合金充型能力，金屬型細化鑄態組織。該方法成形TiAl合金薄壁件是一種新技術，金屬液的流動狀態有別于傳統的鑄造方法，而流動狀態對鑄件質量的影響很大，需對其進行深入的研究，從而優化工藝參數。對于一種新技術，如果僅采用試錯法來優化工藝參數是不經濟的［16］。本工作采用ProCAST軟件模擬TiAl基的充型流動狀態，并對最主要因素吸口直徑與充型流動狀態的影響進行數值模擬，對鑄件形成過程的流動與傳熱進行耦合計算分析，動態地觀察鑄件充型的全過程和溫度的變化情況，并進行實驗驗證。……