钛合金熔模铸造陶瓷型壳焙烧过程温度与变形数值模拟

摘要

钛合金熔模铸件广泛应用于航空航天领域，在制备过程中，钛与陶瓷型壳易发生反应，从而导致型壳开裂、铸件变形等问题。因此，开展型壳焙烧过程温度分布和变形行为研究，对于提升型壳性能、改善铸件质量具有重要意义。本工作采用改进的蒙特卡洛方法构建辐射传热模型，考虑热损伤影响，建立“热-力-损伤”力学本构模型，基于ABAQUS二次开发专用模拟软件，开展型壳焙烧过程数值模拟研究。对陶瓷型壳的关键热物性参数进行实验测试，为数值模拟提供数据支撑。通过平板试件对建立的模型进行实验验证，模拟和实验结果吻合较好。采用开发的模拟软件，对环形阶梯件陶瓷型壳不同方案焙烧过程温度分布和变形行为进行模拟研究，结果表明：焙烧过程中温度的不均匀分布会导致型壳变形甚至开裂，尤其在结构突出部位更为显著。此外，随着焙烧温度升高，型壳内部玻璃相黏度降低，也会加剧热应力积累和型壳局部变形。通过对陶瓷型壳焙烧过程温度与变形的模拟研究，为型壳焙烧工艺优化以及钛合金熔模铸件合格率提升提供理论依据和技术支撑。

关键词

熔模铸造 / 陶瓷型壳 / 焙烧过程 / 数值模拟