宽弦航空叶片Bridgeman定向凝固组织数值模拟

唐宁¹，王艳丽²，许庆彦¹，赵希宏²，柳百成¹

1. 清华大学材料学院先进成形制造教育部重点实验室2. 北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室

摘 要：建立了宽弦叶片定向凝固过程的宏微观数理模型,计算结果与实验结果吻合,铸件表面大部分晶粒的位置和形状一一对应.通过数值模拟预测了不同引晶方式和拉速下温度场和晶粒组织的演变过程,研究了2种因素的影响规律.通过建立糊状区形态和晶粒数的数学判据,实现了温度场和微观组织优劣的定量评价,基于判据揭示了工艺参数对糊状区和晶粒的影响机理,从而对工艺进行了定量的优化.研究表明,采用叶身正下方的引晶方式,有利于增加柱状晶数目,提高晶粒平行度,防止横向晶界生成,同时还可以在糊状区形状保持平直的前提下使用较高拉速,从而避免晶粒粗化,并提高生产率.

关键词：航空发动机;宽弦叶片;定向凝固;数值模拟;柱状晶;