【摘 要】
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非晶合金由于其优异的性能在医疗、航空航天等许多领域都表现出了巨大的应用价值,但制约非晶合金应用的一个关键因素是难以实现大尺寸的块体非晶合金零件的制备。目前关于非晶合金零件制备的报道较少,且多为小尺寸零件,如果可以实现公斤级大尺寸非晶合金零件的制备将对非晶合金的应用产生巨大的推进作用。随着计算机技术的进步,数值模拟逐渐成为一种高效低成本的铸造工艺优化手段。因此本文选择数值模拟与实验结合的方式,开展了
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非晶合金由于其优异的性能在医疗、航空航天等许多领域都表现出了巨大的应用价值,但制约非晶合金应用的一个关键因素是难以实现大尺寸的块体非晶合金零件的制备。目前关于非晶合金零件制备的报道较少,且多为小尺寸零件,如果可以实现公斤级大尺寸非晶合金零件的制备将对非晶合金的应用产生巨大的推进作用。随着计算机技术的进步,数值模拟逐渐成为一种高效低成本的铸造工艺优化手段。因此本文选择数值模拟与实验结合的方式,开展了对公斤级大尺寸非晶合金铸件的铸造成形研究。本文以反射镜铸件为应用背景,开展了Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶合金的铸造成型研究,利用Pro CAST软件对其重力铸造过程进行了数值模拟,分析它的充型凝固方式,研究了不同浇铸温度和浇铸时间对铸件充型情况的影响,浇铸温度为1000°C、1050°C、1100°C、1150°C和1200°C所允许的最大浇铸时间分别为1 s、3 s、4 s、5 s和7 s。通过对非晶合金反射镜铸件的反重力铸造成形方式进行模拟,分析了反重力铸造非晶合金零件的可行性,研究了铜模水冷对铸件玻璃转变的影响,在水冷条件下铸件在玻璃转变温度时冷却速率可以达到27.2°C/s。根据模拟结果,采用真空重力铸造的方式,在浇铸温度为1100°C,浇铸时间为2 s的工艺参数下成功铸造出直径为200 mm,镜面厚度为8 mm,加强筋高度为12 mm厚度为7 mm的完全非晶结构的反射镜铸件。所得非晶反射镜铸件的硬度为50.4 HRC,断裂强度为1977±52 Mpa,断裂应变为4.08±0.19%,并对其压缩断口和热稳定性进行了研究。本文通过数值模拟与实验验证相结合的技术手段,成功制备了公斤级锆基块体非晶合金反射镜铸件,可为大尺寸锆基非晶合金零件的铸造成形提供有价值的工艺参数,对推动锆基块体非晶合金从理论研究向工程应用的转化具有重要的意义。
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