「叶片排列方式对一种第四代单晶高温合金叶片杂晶影响的数值模拟研究」
撒世鹏，杨文超，秦嘉润，张军，刘林
西北工业大学 凝固技术国家重点实验室，陕西 西安 710072
DOI：10.7502/j.issn.1674-3962.202309002
摘要：针对组模生产第四代单晶高温合金叶片时由于温度场不均匀导致的缘板杂晶问题，采用有限元模拟软件ProCAST对叶片在组模中以不同方式排列时凝固过程的温度场和晶粒组织进行模拟计算，并且分析了添加引晶杆对杂晶的影响。结果表明，在组模生产时，由于中柱的保温作用小，导致横向温度场不均匀，叶片以0°排列时，缘板边角靠近中柱，其凝固过程中温度下降较快，会在边角形成大的过冷，同时凝固过程的温度梯度较小，枝晶生长慢，杂晶的形成倾向最大。随着排列角度的增加，横向温度场的不均匀性得到改善，但由于第四代合金形核过冷度小，在缘板位置都会有杂晶形成。添加引晶杆可以消除缘板杂晶，但对于叶片以0°排列时，由于叶片进气边靠近中柱，会在引晶杆内产生杂晶。叶片以90°排列时，横向温度场较为均匀，添加的引晶杆内不会产生杂晶，同时组模直径小，可以降低对炉体型腔的尺寸要求，有望成为生产高代次单晶叶片的最优排列方式。
叶片模型结构(a), 分布排列示意图(b)
The structure of balde(a), schematic diagram of distribution arrangement(b)
不同角度排列时叶片的温度场模拟结果: (a)0°, (b)30°, (c)60°, (d)90°
Temperature field simulation results of blade in different arrangements: (a)0°, (b)30°, (c)60°, (d)90°
[引用格式]撒世鹏，杨文超，秦嘉润，等. 叶片排列方式对一种第四代单晶高温合金叶片杂晶影响的数值模拟研究[J]. 中国材料进展, 2024, 43(10): 871-878.
SA S P，YANG W C，QIN J R, et al. Numerical Simulation of Blade Arrangement on Stray Grains in a Fourth-Generation Single Crystal Superalloy Blade[J]. Materials China, 2024, 43(10): 871-878.
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