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镍基高温合金定向凝固斑点偏析的数值模拟研究
  • ISSN号:1002-185X
  • 期刊名称:《稀有金属材料与工程》
  • 时间:0
  • 分类:TG132.3[金属学及工艺—合金;一般工业技术—材料科学与工程;金属学及工艺—金属学] TG146.15[金属学及工艺—金属材料;一般工业技术—材料科学与工程;金属学及工艺—金属学]
  • 作者机构:[1]清华大学,北京100084
  • 相关基金:国家自然科学重大基金项目(59990470-3)和国家重大基础研究项目(G2000067208-3)
中文摘要:

为了研究铸造高温合金中的斑点偏析,建立了描述多元合金凝固过程传输行为的数学模型。基于伪二元相图方法,模型给出了液相线温度与固相分数及液相多元溶质浓度的耦合关系式。利用该模型对Ni-5.8Al-15.2Ta(质量分数,%)合金铸锭的垂直定向凝固过程进行了模拟。结果表明:该模型能够反映多组元镍基高温合金凝固过程中斑点偏析的形成及发展过程。凝固界面前沿附近热-溶质双扩散对流引起的密度倒置,是诱发斑点偏析的主要原因。在糊状区中形成的偏析通道中,富集溶质从糊状区流向液相区,通道周围局部流动可以通过糊状区从液相区补充通道中的流动。凝固初期形成的通道不能稳定存在,多个通道合并促使局部凝固前沿优先生长,最终形成稳定的偏析通道。

英文摘要:

A mathematical model was built to describe the transportation phenomena and the freckle formation during the solidification process of multicomponent Ni-base superalloy. A set of expressions of coupling liquidus and solid fraction as well as multicomponent concentrations was determined based on the pseudobinary phase diagram. The numerical simulation of Ni-5.8%Al-15.2%Ta (mass fraction) alloy during the vertically unidirectional solidification was performed by this continuum model. The results show that the model is reasonable to describe the formation and evolution of freckle in superalloy ingot. Freckles were significantly induced by the density inversion due to the thermosolutal convection in front of the solid/liquid interface. The solute-rich liquid in the channel flows from mush into liquid. In order to maintain the mass equilibrium in the channels, the fresh liquid may penetrate via the mushy zone from pure liquid region. The plumes appearing at the preliminary solidification stage were unstable and tended to converge. The stable channel was formed at the prior grown solidification front after the plumes were submerged.

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期刊信息
  • 《稀有金属材料与工程》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国有色金属学会 中国材料研究学会 西北有色金属研究院
  • 主编:张平祥
  • 地址:西安市51号信箱
  • 邮编:710016
  • 邮箱:RMME@c-nin.com
  • 电话:029-86231117
  • 国际标准刊号:ISSN:1002-185X
  • 国内统一刊号:ISSN:61-1154/TG
  • 邮发代号:52-172
  • 获奖情况:
  • 首届国家期刊奖,中国优秀期刊一等奖,中国有色金属工业优秀期刊1等奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24715