一种定向凝固叶片浇注系统的研究
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工工艺 ，２ ０ ，３ （５ ：５ — ５ ０９ ８ １） ９６．
变 ，又会 产 生新 的晶粒 ，新 的晶粒 在快 速 向纵 向延 伸 的同 时 ，也 在横 向扩 张 ，从 而截 断引 晶初期 生 长 的晶 粒 ，并 取 代 之继 续 向前 生 长 【 ５ ］ 而 形 成 了斜 晶 、断 ，从
出版社 ，２ ０ ：４ ６ ５ ３ ０８ ９—０．
较前 三种 好 ，但仍 有 半数 或少 半数 的 晶粒废 品 ，原 因 是上 圆盘 过 大 ，过多 的顶 部热辐 射 影 响了热 流 的单 向 性 ，产生 部份 斜 晶 、宽 晶 、等轴 晶。叶冠 朝 向浇 口杯 的浇 注系统设计 方式使 叶冠封严齿 顶部 间形成 热节 区 ，
晶、杂 晶 。
［ 钟行佳 ，雷振威 ． 向凝 固叶片 晶粒度 的控制 ［ ． ２ ］ 定 Ｊ 航空制造工程 ， ］
１９ （） ｌ— Ｏ ９ ５ ７ ： １２ ．
［ 沈颐身 ，李保卫 ，吴懋林． ３ ］ 冶金传输原理基础 ［ ． Ｍ］ 北京 ：冶 金工
业 出版社 ，２ ０ ：１４ １７ ００ ５—５．
［ 陈亚军 ，陈琦 ，王 自东 ，等． 向凝 固过程中柱状晶 的生长机制 ５ ］ 定 ［． Ｊ 清华大学学报 ，２ ０ ， ４ （１ ：１６ — ４ ７ ］ ０４ ４ １） ４ ４ １６ ．
（ 编辑 ：潘 继勇 ，ｐｙ ｏｎ ｒｗｏｌ． ｍ） ｊ＠ｆｕ ｄｙ ｒ ｃ ｄｏ
释放 出 的热量 和结 晶潜 热 向 四周 散失 ，凝 固在整个 液
向凝固设备、型壳制造工艺条件下进行的。 பைடு நூலகம்
３ 结 论
（）在 定 向凝 固浇 注系统 设计 中 ，叶 片分 布方 式 １
和 引晶位 置直 接影 响到 叶片定 向凝 固柱状 晶生 长状 态 和组织 致密程度 。 （） 叶 片呈 环形 均布 形成 的温 度场 有利 于柱 晶沿 ２ ｆ０ ］ 向生长 ，呈扇形 均 布的组 合方式 不利 于柱状 晶 ０１ 方
量传 输 首先需 要 了解 热量 传输 的基 本方 式 ，之后 针对
为 叶片倒 置 ，凝 固过程 中通过榫 头 和叶身 对缘板 和 叶
冠有充分 的补缩通道 。
综合上述 方案 的优缺点 ，制定 了方案ｆ 。方 案ｆ 在方
案ａ 的基 础上 进 行 了 改进 ：将 上 圆盘 由￣１０ｍｍ换 成 ｂ４
材 料与 涂层 厚度 、浇 注温度 和抽 拉速度 等一 系列 工艺
具体 的传 热 方式 确定 热量 传输 的速 率 和物体 内部 的温
度场。
参数 有关 ，所 以本 次试 验是 在相 对应 的工艺参 数 、定
凝 固过 程 的热 量传 输有 两种 极端 形式 ，一 种 是热 量 按 某一 特定 方 向单 向传输 ，与之 相对应 的是单 向凝 固 ；另一 种则 是凝 固系 统缓 慢冷 却使 液相 和 固相 降温
ｑ９ ５５ ｍｍ，减少 了上圆盘对铸 型系统的覆盖和 热辐射 面 积 ，采取 了方案ａ 叶盆 向心的方式 ，使 叶片 的热辐射更 均 匀 ；在 叶冠和 缘板 的叶 盆方 向增加 了补缩 冒 口解 决
了此 处疏松 ，经过 小批生产此方案 得到 了验证 。
因为定 向凝 固叶片 的质 量不仅 取决 于铸 型系统 的 设 计 ，还与定 向凝 固设 备本 身具 有 的温度梯 度 、型壳
铸 造
李波等： 一种定向 凝固叶片浇 注系 统的研究
・８ ３ ・
热 和热 辐射 才能 真正 列为 热量 传输 的基 本方 式 ，因为 这 两种 传热 的机 理 完全取 决 于温 差 的存 在 ，而对 流 除 了温差 以外 还受 到质 量迁 移 的支 配 ，并 不严 格遵 守 传
而方 案 ａ 是 榫 头与 引 晶段 相连 ，使 引 晶段一 榫 、ｂ 头一缘 板一 叶身之 间的截 面差 比较小 ，使 热 流 的单 向
性好 发 散度 小 ，有利 于柱 状 晶的定 向生 长 ，晶粒 生 长
【 傅恒志 ，郭景杰 ，刘林 ，等． ４ ］ 先进材料定 向凝 固 【 ． Ｍ］ 北京 ： 科学
在凝 固过 程 中 ，液 相 向 固相 的转 变伴 随 着结 晶潜 热 的释放 ，液相 与 固相 的降温也 将释放 出热 能 ，同时 ， 在定 向凝 固等特 殊凝 固条 件下 还需 要外 加热 源使 凝 固 过程 以特 定方 式 发生 。只有 各种 热 能在 特定 的方 式下 传输 才 能维持 凝 固过程 按 特定 的方 式进 行 。从 宏 观上 讲 ，凝 固方 式 和进 程 主要是 由热 量 传输控 制 ，研究 热
浇注后 产 生疏松 ；由于铸 型系统 的 热辐射 使 中心部位
成为 热流 聚集 区域 ，在相 对较 突 出的缘板 部位得 不 到 补缩 而造成 疏松 。在 方案 Ｃ 中没有疏 松废 品 ，是 因 、ｄ
热的定义。但是 ，由于对流也能实现把热量从高温区 传递 到 低温 区 ，习惯 上把 对流 也作 为热 量传 输 的一 种 方式看 待［ ３ Ｊ 。
定 向生长 。
相 中进行 ，并 随着 固相分数 的持续增 大完成 凝 固过程 ， 与之 对应 的是体积凝 固。 六种方 案 中 ，方案Ｃ 、ｅ 、ｄ 晶粒 效 果都不 好 ，其 中 ｄ 方案 都是 排 气边 向心 ，叶 片呈 侧 向扇 形分 布 ，这 、ｅ 种 叶 片 的排列 造成 铸件 凝 固和 降温 释放 出 的热量 相互
再沿 ［０ ］ 向生 长 ，由于散 热表 面与 热辐 射方 向的改 ０ １方
晶 ，上 圆盘选用 ９ ５ｍｍ，在叶冠和缘板 的叶盆方 向增
加补缩 冒口的方 案湘 对 合理 ，并 可获得 较 高的铸件合
格率 。
参考文献 ：
［ 宋先跃 ，唐建新 ，刘振 伟． 向凝 固理论与技术 的发展 ［ ． １ ］ 定 Ｊ 热加 ］
产生杂 晶 、断 晶 、斜 晶。 （） 叶盆 朝 向铸 型 中心 均 布 ８ ，在榫 头 部 位 引 ４ 片
的顺 序是 由引 晶段 生 长 到锯 齿 ，再 经 过 叶冠 到 叶身 。 由文献 【】 ，试 样截 面尺 寸越大 ，温 度梯 度越 低 。 由 ４知 于封 严 齿一 叶冠一 叶身 的截 面差 很 大 ，在 叶冠处 温 度 梯度 急 剧降 低 ，又 由于锯 齿冠 与相 邻截 面 形状差 异 较 大 ，凝 固系 统 的热传 导 和热辐 射产 生 突变 ，原 晶粒 不
辐 射 或热量 的对流 ，所 形成 的温 度场 与 叶片 的几何 尺
（）叶 片截 面差小 的部位 有利 于柱状 晶定 向生 长 ， ３
寸 不相 匹 配 ，不能 得到 需要 的温 度梯 度 ，拉 晶过程 中
出现 斜 晶 、断 晶 、杂 品 ；方案Ｃ 叶冠 向下 ，晶粒生 长 是
截 面差 大会 造 成 热 流传 导方 向改变 ，温度 梯 度 突变 ，
变 ，又会 产 生新 的晶粒 ，新 的晶粒 在快 速 向纵 向延 伸 的同 时 ，也 在横 向扩 张 ，从 而截 断引 晶初期 生 长 的晶 粒 ，并 取 代 之继 续 向前 生 长 【 ５ ］ 而 形 成 了斜 晶 、断 ，从
出版社 ，２ ０ ：４ ６ ５ ３ ０８ ９—０．
较前 三种 好 ，但仍 有 半数 或少 半数 的 晶粒废 品 ，原 因 是上 圆盘 过 大 ，过多 的顶 部热辐 射 影 响了热 流 的单 向 性 ，产生 部份 斜 晶 、宽 晶 、等轴 晶。叶冠 朝 向浇 口杯 的浇 注系统设计 方式使 叶冠封严齿 顶部 间形成 热节 区 ，
晶、杂 晶 。
［ 钟行佳 ，雷振威 ． 向凝 固叶片 晶粒度 的控制 ［ ． ２ ］ 定 Ｊ 航空制造工程 ， ］
１９ （） ｌ— Ｏ ９ ５ ７ ： １２ ．
［ 沈颐身 ，李保卫 ，吴懋林． ３ ］ 冶金传输原理基础 ［ ． Ｍ］ 北京 ：冶 金工
业 出版社 ，２ ０ ：１４ １７ ００ ５—５．
［ 陈亚军 ，陈琦 ，王 自东 ，等． 向凝 固过程中柱状晶 的生长机制 ５ ］ 定 ［． Ｊ 清华大学学报 ，２ ０ ， ４ （１ ：１６ — ４ ７ ］ ０４ ４ １） ４ ４ １６ ．
（ 编辑 ：潘 继勇 ，ｐｙ ｏｎ ｒｗｏｌ． ｍ） ｊ＠ｆｕ ｄｙ ｒ ｃ ｄｏ
释放 出 的热量 和结 晶潜 热 向 四周 散失 ，凝 固在整个 液
向凝固设备、型壳制造工艺条件下进行的。 பைடு நூலகம்
３ 结 论
（）在 定 向凝 固浇 注系统 设计 中 ，叶 片分 布方 式 １
和 引晶位 置直 接影 响到 叶片定 向凝 固柱状 晶生 长状 态 和组织 致密程度 。 （） 叶 片呈 环形 均布 形成 的温 度场 有利 于柱 晶沿 ２ ｆ０ ］ 向生长 ，呈扇形 均 布的组 合方式 不利 于柱状 晶 ０１ 方
量传 输 首先需 要 了解 热量 传输 的基 本方 式 ，之后 针对
为 叶片倒 置 ，凝 固过程 中通过榫 头 和叶身 对缘板 和 叶
冠有充分 的补缩通道 。
综合上述 方案 的优缺点 ，制定 了方案ｆ 。方 案ｆ 在方
案ａ 的基 础上 进 行 了 改进 ：将 上 圆盘 由￣１０ｍｍ换 成 ｂ４
材 料与 涂层 厚度 、浇 注温度 和抽 拉速度 等一 系列 工艺
具体 的传 热 方式 确定 热量 传输 的速 率 和物体 内部 的温
度场。
参数 有关 ，所 以本 次试 验是 在相 对应 的工艺参 数 、定
凝 固过 程 的热 量传 输有 两种 极端 形式 ，一 种 是热 量 按 某一 特定 方 向单 向传输 ，与之 相对应 的是单 向凝 固 ；另一 种则 是凝 固系 统缓 慢冷 却使 液相 和 固相 降温
ｑ９ ５５ ｍｍ，减少 了上圆盘对铸 型系统的覆盖和 热辐射 面 积 ，采取 了方案ａ 叶盆 向心的方式 ，使 叶片 的热辐射更 均 匀 ；在 叶冠和 缘板 的叶 盆方 向增加 了补缩 冒 口解 决
了此 处疏松 ，经过 小批生产此方案 得到 了验证 。
因为定 向凝 固叶片 的质 量不仅 取决 于铸 型系统 的 设 计 ，还与定 向凝 固设 备本 身具 有 的温度梯 度 、型壳
铸 造
李波等： 一种定向 凝固叶片浇 注系 统的研究
・８ ３ ・
热 和热 辐射 才能 真正 列为 热量 传输 的基 本方 式 ，因为 这 两种 传热 的机 理 完全取 决 于温 差 的存 在 ，而对 流 除 了温差 以外 还受 到质 量迁 移 的支 配 ，并 不严 格遵 守 传
而方 案 ａ 是 榫 头与 引 晶段 相连 ，使 引 晶段一 榫 、ｂ 头一缘 板一 叶身之 间的截 面差 比较小 ，使 热 流 的单 向
性好 发 散度 小 ，有利 于柱 状 晶的定 向生 长 ，晶粒 生 长
【 傅恒志 ，郭景杰 ，刘林 ，等． ４ ］ 先进材料定 向凝 固 【 ． Ｍ］ 北京 ： 科学
在凝 固过 程 中 ，液 相 向 固相 的转 变伴 随 着结 晶潜 热 的释放 ，液相 与 固相 的降温也 将释放 出热 能 ，同时 ， 在定 向凝 固等特 殊凝 固条 件下 还需 要外 加热 源使 凝 固 过程 以特 定方 式 发生 。只有 各种 热 能在 特定 的方 式下 传输 才 能维持 凝 固过程 按 特定 的方 式进 行 。从 宏 观上 讲 ，凝 固方 式 和进 程 主要是 由热 量 传输控 制 ，研究 热
浇注后 产 生疏松 ；由于铸 型系统 的 热辐射 使 中心部位
成为 热流 聚集 区域 ，在相 对较 突 出的缘板 部位得 不 到 补缩 而造成 疏松 。在 方案 Ｃ 中没有疏 松废 品 ，是 因 、ｄ
热的定义。但是 ，由于对流也能实现把热量从高温区 传递 到 低温 区 ，习惯 上把 对流 也作 为热 量传 输 的一 种 方式看 待［ ３ Ｊ 。
定 向生长 。
相 中进行 ，并 随着 固相分数 的持续增 大完成 凝 固过程 ， 与之 对应 的是体积凝 固。 六种方 案 中 ，方案Ｃ 、ｅ 、ｄ 晶粒 效 果都不 好 ，其 中 ｄ 方案 都是 排 气边 向心 ，叶 片呈 侧 向扇 形分 布 ，这 、ｅ 种 叶 片 的排列 造成 铸件 凝 固和 降温 释放 出 的热量 相互
再沿 ［０ ］ 向生 长 ，由于散 热表 面与 热辐 射方 向的改 ０ １方
晶 ，上 圆盘选用 ９ ５ｍｍ，在叶冠和缘板 的叶盆方 向增
加补缩 冒口的方 案湘 对 合理 ，并 可获得 较 高的铸件合
格率 。
参考文献 ：
［ 宋先跃 ，唐建新 ，刘振 伟． 向凝 固理论与技术 的发展 ［ ． １ ］ 定 Ｊ 热加 ］
产生杂 晶 、断 晶 、斜 晶。 （） 叶盆 朝 向铸 型 中心 均 布 ８ ，在榫 头 部 位 引 ４ 片
的顺 序是 由引 晶段 生 长 到锯 齿 ，再 经 过 叶冠 到 叶身 。 由文献 【】 ，试 样截 面尺 寸越大 ，温 度梯 度越 低 。 由 ４知 于封 严 齿一 叶冠一 叶身 的截 面差 很 大 ，在 叶冠处 温 度 梯度 急 剧降 低 ，又 由于锯 齿冠 与相 邻截 面 形状差 异 较 大 ，凝 固系 统 的热传 导 和热辐 射产 生 突变 ，原 晶粒 不
辐 射 或热量 的对流 ，所 形成 的温 度场 与 叶片 的几何 尺
（）叶 片截 面差小 的部位 有利 于柱状 晶定 向生 长 ， ３
寸 不相 匹 配 ，不能 得到 需要 的温 度梯 度 ，拉 晶过程 中
出现 斜 晶 、断 晶 、杂 品 ；方案Ｃ 叶冠 向下 ，晶粒生 长 是
截 面差 大会 造 成 热 流传 导方 向改变 ，温度 梯 度 突变 ，