[发明专利]一种基于模拟的单晶叶片型壳局部加厚控制杂晶缺陷的方法

摘要

本发明公开了一种基于模拟的单晶叶片型壳局部加厚控制杂晶缺陷的方法，属于材料加工技术领域，本发明的技术方案为本发明所述的对单晶叶片型壳局部加厚控制杂晶缺陷的方法通过建立基于数值模拟的计算机‑实验分析系统，获得模拟用准确的物性参数；通过分析定向凝固过程中叶片铸件的温度场分布，搜索凝固过程中出现的温度局部过冷孤立域；对叶片铸件温度局部过冷孤立域附近型壳进行逐层加厚，对叶片铸件散热较快位置进行保温，获得均匀水平的定向温度分布；采用型壳型芯一体化制造技术进行新改进型壳的生产制造，获得结构信息准确的单晶叶片型壳用于后续定向凝固浇注。本发明方法能够有效避免杂晶缺陷产生，提高产品合格率。

主权项

一种基于模拟的单晶叶片型壳局部加厚控制杂晶缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在待测单晶叶片型壳上布置至少5个测温点，根据模拟用的基本参数，通过计算机数值模拟软件测试分析得到各个测温点的模拟温度数据；其中，所述模拟用的基本参数包括抽拉速度、热传导系数、辐射换热系数、比热、潜热、密度及固/液相线温度；利用计算机数值模拟软件分析待测单晶叶片型壳的三维模型，用正六面体单元进行离散化分析，得到叶片型壳三维离散化数据；2)在与步骤1)所述的基本参数条件相同的情况下，通过实际浇注实验实时测定各个测温点的实际温度数据；3)将步骤1)数值模拟得到的各个测温点的数据与步骤2)实时测得的同一时刻条件下的实际温度数据进行对比分析，若有任意一个测温点的相对温度误差大于10％，则增加或减小热传导系数和辐射换热系数值10％，然后将该数值作为新的基本参数；4)重复进行步骤1)～3)，直至在所有时刻下，数值模拟得到的所有测温点数据与实际测得的同一时刻的实际温度数据相比，相对温度误差都不大于10％为止，获得最终的用于模拟计算的基本参数；5)通过步骤1)得到的叶片型壳三维离散化数据和步骤4)得到的最终的用于模拟计算的基本参数，计算出待测单晶叶片型壳不同时刻的凝固温度场；6)对计算出的待测单晶叶片型壳不同时刻的凝固温度场进行分析，判断是否存在温度局部过冷孤立域；若存在，则对温度局部过冷区域的叶片型壳底层和侧壁外层进行加厚处理，然后重复步骤1)～5)，直至不存在温度局部过冷孤立域；温度局部过冷孤立域为凝固过程中温度低于液相温度但周围不与固相单元相邻的单元集合区域；所述的固相单元是指温度低于固相线温度的单元；加厚处理是将温度局部过冷孤立域的型壳底层和型壳侧壁外层逐层加厚，且每次加厚的厚度为单层网格单元厚度；当不存在温度局部过冷孤立域时，则保存修正后的型壳结构文件数据；7)根据修正后的型壳结构文件数据，采用光固化成型设备生产单晶叶片树脂模型，将配制的陶瓷浆料浇入至单晶叶片树脂模型中，然后对凝固实体进行冷冻干燥、预烧脱脂及浸渍终烧工序，获得陶瓷型壳实体；8)将获得的陶瓷型壳实体置入真空定向凝固浇注炉中，采用多叶片组模，进行单晶定向凝固浇注，获得无杂晶缺陷的单晶叶片零件。