应用分享 | 通过数值模拟熔模铸造工艺来预测涡轮叶片的孔隙

船舶 / 2024-04-01 20:32:23

通过数值模拟熔模铸造工艺来预测缩孔、缩松

缩孔缩松是熔模铸造过程中在特定凝固条件下形成的常见制造缺陷。这些孔洞也是主要的裂纹萌生源。从长远来看，由于低质量的铸件耐用性不高，所以这些孔洞还会导致镍基高温合金的疲劳寿命缩短。因此，为了保证高功力航空发动机部件的使用寿命，对所含孔隙率（孔隙尺寸、缩松的互连性及其在零件中的位置）的详细描述至关重要。

更好利用铸造模拟软件

此次案例分享就拿涡轮叶片举例。首先，将 2D 显微镜评估（通常用于评估工业环境中的孔隙率尺寸）与 3D 实验评估进行比较，后者可以提供对控制缺陷形成机制的重要见解。通过评估孔隙率、等效直径和孔隙中可接受的孔隙阈值进行比较。其次，使用 3D 数据开发了自动图像分析，以验证对 2D 等效缺陷尺寸进行分类的方法。所开发的自动化工具的准确度达到 85%。最后，涡轮机部件中识别的孔隙与使用铸造模拟软件的代表性模型得出的预测相关。通过对铸造过程中金属、模具和保温包裹物的热历史的适当描述，可以识别具有增强孔隙率的铸造涡轮叶片的特定区域。

工程师找到了一种基于图像处理技术自动评估缺陷尺寸的方法。此外，所使用的标准通过样本材料的 3D 渲染得到验证。我们使用铸造仿真分析软件来预测最容易形成孔隙的区域，作为热力学数据的函数（凝固过程本质上由温度场决定，而温度场又由热和几何方面决定）。本文描述的方法可以作为表征孔隙区域的方法。

建立良好的铸造模拟工艺可以很好地为航空发动机零件制造商带来很大的好处，以不断提高其零件的质量和寿命，从而有助于使航空零件更具可持续性。

6 种铸造模拟软件功能

为了确保轻量化设计和新材料的可铸性，您需要能够涵盖从可铸性检查到工艺开发直至全面工艺验证的整个熔模铸造工艺，必备的软件功能列表包括：

1.自动壳模生成

2.建模包裹层配置

3.辐射效应

4.晶粒结构预测

5.残余应力预测

6.所有这些同时结合了合金、陶瓷壳和绝热材料的热力学材料特性

这将使制造工程师能够有效地开发和控制工艺设计，以提供具有高精度和高质量的铸件。更不用说控制成本并提高盈利能力了。