单晶叶片LMC定向凝固组织演化过程的数值模拟

来源：钢铁研究学报杂志2025年第6期北京时间：

作者：熊永涛¹, 刘中秋¹, 申健², 卢玉章², 刘栋³, 李宝宽¹

单位：1.东北大学冶金学院,辽宁沈阳110819;；2.中国科学院金属研究所,辽宁沈阳110016;；3.中国航发贵阳发动机设计研究所,贵州贵阳550081

摘要：改善凝固组织结构是降低铸造缺陷、提升合金性能的关键。采用数值模拟方法研究了一种低成本二代单晶高温合金叶片在LMC定向凝固过程中温度场、固液界面、糊状区、枝晶间距以及相关凝固特征参数的演变规律,并通过金相试验测量结果验证了模型的准确性。结果表明,在LMC定向凝固过程中,叶片内固液界面处温度梯度始终保持在10 K/mm以上,较高的温度梯度能够促进枝晶沿着特定方向的均匀性生长。计算得到叶片内一次/二次枝晶臂间距分别为160~300和34~46 μm。预热温度增加会降低凝固时间、糊状区宽度以及固液界面与锡液面的距离,同时也会提高凝固界面处的温度梯度和冷却速率,使单晶叶片内的枝晶数量增加,一次/二次枝晶间距减小。

关键词：单晶叶片,液态金属冷却,定向凝固,预热温度,枝晶间距

基金资助：国家自然科学基金资助项目(52171031);辽宁省优秀青年基金资助项目(2023JH3/10200001);辽宁省兴辽英才-青年拔尖人才资助项目(XLYC2203064)