【摘 要】
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钛合金冷坩埚电磁连续成形过程与定向凝固过程中,固液界面形态及其位置的变化是影响成形坯件的表面质量和内部组织的主要因素和主要表征参数.该文在直接差分法的基础上,建立
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钛合金冷坩埚电磁连续成形过程与定向凝固过程中,固液界面形态及其位置的变化是影响成形坯件的表面质量和内部组织的主要因素和主要表征参数.该文在直接差分法的基础上,建立了以冷坩埚为条件的电磁连续成形过程温度场数值计算模型,模拟了三种驼峰形态下的连续成形过程温度场分布.进而总结出不同驼峰形态对固液界面形状以及位置的影响特征,为进一步提高成形坯件的质量奠定了基础.数值计算结果表明,在成形过程中,由于存在感应加热时的集肤效应,导致在相同加热条件下,大体积驼峰会吸收更多的能量,并且吸收功率的增长量大于对应体积增加所导致的功率密度的减小量.这在温度场上则表现为大体积驼峰的过热程度大于小体积驼峰.但大体积驼峰在相同成形条件下固液界面与冷坩埚侧壁接触长度大于小体积驼峰,即凝壳长度增加,这会导致坯料成形时生成裂纹的倾向增大.计算结果显示大体积驼峰将使固液界面下移,并且有下凹倾向,这不利于金属的定向凝固.计算还发现,在出现驼峰以后的保温阶段,固液界面是由上凸形状不断向平直进而达到凹形状为止.因此为了得到定向凝固组织甚至单晶形态,需要控制界面呈水平或者上凸形状,这就需要对熔体开始的加热保温时间进行适当控制,一般应控制在3∞秒之内.综合计算中得到的结果,大体积驼峰会导致凝壳变长并且会使驼峰稳定性降低,其固液界面形态也不利于定向凝固,因此在实际成形过程中应当选择使驼峰体积减小的方案.实验中通过改变底料与线圈的相对位置,获得了计算中所设定的三种驼峰的静态形状,即大体积、中间体积和小体积驼峰,通过采用十字形钼片饱和溶解法实际测试了驼峰的形态,结果表明大体积驼峰时,固液界面下凹,而小体积时固液界面平直.最后通过实际约束成形实验,对不同工艺参数条件下成形坯件的表面质量和内部组织进行了初步分析,在验证模型可靠性的基础上,为进一步成形工艺的发展指明了方向.
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