秦蓉等：铌硅基高温合金定向凝固铸造温度场模拟计算 1171 2100 (a) 2000 0.0 (b) 1900 liquidus -0.3 1800 1700 -0.6 1600 Solidus X)/eI -0.9 1500 =60 Holding time -1.2 =90 5 min =60 J=120 1300 1=90 -1.5 =150 1200 1=120 1180 -1.8 =150 1100 =180 -2.1 1000 0 400 8001200160020002400 2800 0 400 8001200160020002400 Time/s Time/s 因7抽拉速率为5 mm'min~时的温度场(a)和冷却速率曲线(b)分布（铸件底部为坐标原点） Fig.7 Temperature field(a)and cooling rate curve(b)at a withdrawal rate of 5 mm'min(the bottom of the casting is the origin of the coordinates) (a) (b) (c) 率，从而引起温度迅速降低.对比图8(a)、(b)和(c) Temperature/C 2000 可以看出，三种抽拉速率下铸件温度场的变化趋 1868 T1808 势大致相同，但随着抽拉速率由5、8、10 mm'min Ta1600 1472 逐渐变大，同一时刻，铸件从底端到上方位置的冷 1340 1208 却速率变大，导致等温线变得更加密集 1076 944 2.2.2抽拉速率对固/液界面形状的影响 是 548 图9为不同抽拉速率下达到俦件同一位置时 416 的固液界面形状模拟结果，图中不同颜色表示固 20 相分数的大小.图9(a)中，当抽拉速度为5 mm'min 2.29.815.6 2.29.815.6 2.29.815.6 时，随着铸件往下抽拉，固/液界面形状会保持平 图8不同抽拉速率下到达离激冷盘不同距离(2.2.9.8.15.6cm)时的 直并维持在液态金属锡表面以上，从而有利于获 温度场模拟结果.(a)5 mm'min:(b)8mm'min':(c)10mm'min- 得平行于抽拉方向的柱状晶组织.对比图9(a)、 Fig.8 Temperature field simulation results of castings at the different distance from the chilling disk(2.2 cm,9.8 cm,15.6 cm)with different (b)和(c)三种抽拉速率可以发现，在铸件往下抽 withdrawal rates:(a)5 mm'min;(b)8 mm'min;(c)10 mm-min 拉过程中，同一时刻，抽拉速率增加会引起铸件 (a) (b) (c) (d) Fraction soild 69 0.87 5mm-min-liquid 0.80 8 mmmin liquid 0.73 10 mm-min-liquid 5 mmmin-solids 0.47 0.40 8 mm-min-solids 10 mm-min solids 013 Liquid Sn 0.07 2.29.815.6 229.815.6 2.29.815.6 图9不同抽拉速率下达到离激冷盘不同距离(2.2.9.8.15.6cm)时的固/液界面形状模拟结果.(a)5 mm'min':(b)8 mm-min:(c)10 mm-min': (d)当铸件距离激冷盘15.6cm时.三种抽拉速率下固/液界面局部形状放大图，其中数字12.06、9.95和8.18mm分别代表固/液界面离液态金属锡 表面距离 Fig.9 Simulation results for solid/liquid interface shape of castings at the different distances from the chilling disk(2.2 cm,9.8 cm,15.6 cm)with different withdrawal rates:(a)5 mm'min;(b)8 mm'min;(c)10 mm'min;(d)enlargement of solid/liquid interface shapes when casting is 15.6 cm away from the chilling disk at three different withdrawal rates,and the figures 12.06,9.95 and 8.18 mm represent the distance between the solid/liquid interface and the surface of the liquid tin,respectively率，从而引起温度迅速降低. 对比图 8（a）、（b）和（c） 可以看出，三种抽拉速率下铸件温度场的变化趋 势大致相同，但随着抽拉速率由 5、8、10 mm·min–1 逐渐变大，同一时刻，铸件从底端到上方位置的冷 却速率变大，导致等温线变得更加密集. 2.2.2    抽拉速率对固/液界面形状的影响 图 9 为不同抽拉速率下达到铸件同一位置时 的固/液界面形状模拟结果，图中不同颜色表示固 相分数的大小. 图 9（a）中，当抽拉速度为 5 mm·min−1 时，随着铸件往下抽拉，固/液界面形状会保持平 直并维持在液态金属锡表面以上，从而有利于获 得平行于抽拉方向的柱状晶组织. 对比图 9（a）、 （b）和（c）三种抽拉速率可以发现，在铸件往下抽 拉过程中，同一时刻，抽拉速率增加会引起铸件 0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 y=60 y=90 y=120 y=150 y=180 y=60 y=90 y=120 y=150 y=180 Solidus liquidus Temperature/ ℃ Time/s Holding time 5 min (a) 0 400 800 1200 1600 2000 2400 −2.1 −1.8 −1.5 −1.2 −0.9 −0.6 −0.3 0.0 Cooling rate/(K·s−1 ) Time/s (b) 图 7    抽拉速率为 5 mm·min–1 时的温度场（a）和冷却速率曲线（b）分布（铸件底部为坐标原点） Fig.7    Temperature field (a) and cooling rate curve (b) at a withdrawal rate of 5 mm·min–1 (the bottom of the casting is the origin of the coordinates) Far from furance Far from furance Far from furance 2.2 9.8 15.6 9.8 15.6 2.2 9.8 15.6 2.2 B A (a) (b) (c) C E D Temperature/ºC 2000 Tliq 1808 Tsol 1600 1868 1736 1604 1472 1340 1208 1076 944 812 680 548 416 284 152 20 图 8    不同抽拉速率下到达离激冷盘不同距离（2.2，9.8，15.6 cm）时的 温度场模拟结果. （a） 5 mm·min–1；（b） 8 mm·min–1；（c） 10 mm·min–1 Fig.8     Temperature  field  simulation  results  of  castings  at  the  different distance from the chilling disk (2.2 cm, 9.8 cm, 15.6 cm) with different withdrawal rates: (a) 5 mm·min–1; (b) 8 mm·min–1; (c) 10 mm·min–1 2.2 9.8 15.6 9.8 15.6 2.2 9.8 15.6 5 mm·min−1 liquid 8 mm·min−1 liquid 10 mm·min−1 liquid Liquid Sn 5 mm·min−1 solids 8 mm·min−1 solids 10 mm·min−1 solids 2.2 (a) 12.06 9.95 8.18 (b) (c) (d) Fraction soild 1.00 0.93 0.87 0.80 0.73 0.67 0.60 0.53 0.47 0.40 0.33 0.27 0.20 0.13 0.07 0 图 9    不同抽拉速率下达到离激冷盘不同距离（2.2，9.8，15. 6 cm）时的固/液界面形状模拟结果. （a）5 mm·min–1；（b）8 mm·min–1；（c）10 mm·min–1 ； （d）当铸件距离激冷盘 15.6 cm 时，三种抽拉速率下固/液界面局部形状放大图，其中数字 12.06、9.95 和 8.18 mm 分别代表固/液界面离液态金属锡 表面距离 Fig.9     Simulation  results  for  solid/liquid  interface  shape  of  castings  at  the  different  distances  from  the  chilling  disk  (2.2  cm,  9.8  cm,  15.6  cm)  with different withdrawal rates: (a) 5 mm·min–1; (b) 8 mm·min–1; (c) 10 mm·min–1; (d) enlargement of solid/liquid interface shapes when casting is 15.6 cm away from the chilling disk at three different withdrawal rates, and the figures 12.06, 9.95 and 8.18 mm represent the distance between the solid/liquid interface and the surface of the liquid tin, respectively 秦    蓉等： 铌硅基高温合金定向凝固铸造温度场模拟计算 · 1171 ·