К определению теплофизических свойств сплава Ti-10V-2Fe-3Al при ВДП
Автор: Кондрашов Евгений Николаевич, Русаков Кирилл Андреевич, Ледер Михаил Оттович, Куликов Дмитрий Сергеевич
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Рубрика: Металлургия чёрных, цветных и редких металлов
Статья в выпуске: 2 т.20, 2020 года.
Бесплатный доступ
Для проведения математического моделирования затвердевания слитков необходимо знание температурных зависимостей теплофизических свойств затвердевающего сплава и параметров граничных условий, включенных в математическую модель. В настоящей работе были выплавлены два слитка сплава Ti-10V-2Fe-3Al и проведено исследование их макроструктуры. Измерены координаты профилей изотерм затвердевания, и с помощью решения обратной задачи теплопроводности, определены некоторые теплофизические характеристики жидкой фазы и параметры граничных условий для вакуумного дугового переплава (ВДП), прямое экспериментальное измерение которых сопряжено с большими трудностями. Для определения неизвестных параметров математической модели методом решения обратной задачи теплопроводности используется итерационный Maximux A Posteriori (MAP) алгоритм, ранее апробированный для других сплавов на основе титана. Искомыми (т. е. изначально неизвестными) параметрами для математической модели процесса ВДП являлись: теплопроводность и теплоемкость при температурах солидуса и ликвидуса; коэффициент теплоотдачи от слитка к изложнице и коэффициенты относительного вклада теплоотвода излучением для поддона и изложницы. В качестве начального приближения для неизвестных параметров были взяты соответствующие величины для сплава BT3-1. В качестве заданных параметров были использованы значения коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости в интервале температур 20-1300 °C из базы данных программы JMatPro, рассчитанные для заданного химического состава. Плотность, теплота фазового превращения, динамическая вязкость и электропроводность были взяты из литературных источников по сплаву Ti-10V-2Fe-3Al. Так как на сегодня нет данных по равновесной фазовой диаграмме сплава Ti-10V-2Fe-3Al, поэтому для вычисления температур равновесного ликвидуса и солидуса используется модель независимых компонент (линейная модель) многокомпонентного сплава. Найденные значения параметров позволяют удовлетворительно описать изменение профиля жидкой ванны при наплавлении слитка во время ВДП для различных условий процесса (диаметр изложницы и сила тока дуги). Результаты, полученные в работе, могут быть использованы для проведения математического моделирования процесса затвердевания слитков из сплава Ti-10V-2Fe-3Al при вакуумном дуговом переплаве с другими диаметрами изложницы и силой тока дуги.
Вакуумный дуговой переплав, титановые сплавы ti-10v-2fe-3al, профили жидкой ванны, теплофизические свойства, математическое моделирование, граничные условия, жидкая фаза, обратная задача теплопроводности
Короткий адрес: https://sciup.org/147233948
IDR: 147233948 | DOI: 10.14529/met200204
Список литературы К определению теплофизических свойств сплава Ti-10V-2Fe-3Al при ВДП
- Cotton, J.D. State of the Art in Beta Titanium Alloys for Airframe Applications / J.D. Cotton, R.R Briggs, R.R Boyer et al. // JOM. - 2015. - P. 1281-1303.
- Shamblen, C.E. Minimizing beta flecks in the Ti-17 alloy / Shamblen C.E. // Metallurgical and Materials Transactions B. - 1997. - 28B.899-903.
- Mills, K.C. Thermophysical Property Requirements for Modelling of High Temperature Processes. 1st International Symposium on Microgravity Research and Applications in Physical Sciences and Biotechnology. / K.C. Mills, P.D. Lee // European Space Agency. - P. 555563.
- Корректировка значений теплофизических свойств титановых сплавов из анализа профилей жидкой ванны / Е.Н. Кондрашов, Н.Ю. Таренкова, А.Ю. Максимов и др. // Цветные металлы. - 2008. - № 12. - С. 68-71.
- К определению теплофизических свойств титановых сплавов по профилям жидкой ванны / М.О. Ледер, А.В. Горина, М.А. Корнилова и др. // Электрометаллургия. - 2015. - № 10. - С. 20-27.
- Методика определения теплофизических свойств титановых сплавов и параметров граничных условий для процесса ВДП / М.О. Ледер, А.В. Горина, М.А. Корнилова, Е.Н. Кондрашов //Цветные металлы. - 2015.
- Calculation of the Molten Pool Depth in Vacuum Arc Remelting of Alloy VT3-1 / E.N. Kondrashov, M.I. Musatov, A.Yu. Maksimov et al. // Journal of Engineering Thermophysics. -2007. - Vol. 16, No. 1. - P. 19-25.
- Determination of Thermophysical Properties and Boundary Conditions of Direct Chill-Cast Aluminum Alloys Using Inverse Methods / J.M. Drezet, M. Rappaz, G.U. Grün, M. Gremaud // Metallurgical and Materials Transactions A. - 2000. - Vol. 31. -P. 1627-1634.
- Бек, Дж. Некорректные обратные задачи теплопроводности / Дж. Бек, Б. Бла-куэлл, Ч. Сэнт-Клер (мл). - М. : Мир - 1989. -312 с.
- Япарова, Н.М. Численное моделирование решений обратной граничной задачи теплопроводности / Н.М. Япарова // Вестник ЮУрГУ. Серия «Математическое моделирование и программирование». - 2013. - Т. 6, № 3. - С. 112-124.
- Monde, M. Simple measurement of thermal diffusivity and thermal conductivity using inverse solution for one-dimensional heat conduction / M. Monde, M. Kosaka, Y. Mitsutake // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2010. - Vol. 53, No. 23/24. -P. 5343-5349.
- Kurz, W. Fundamentals of Solidification / W. Kurz, D.J. Fisher. - Switzerland: Nrans. Tech. Publ, 1984.
- Zagrebelnyy, D.V. Modeling Macrose-gregation During the Vacuum Arc Remelting of Ti-10V-2Fe-3Al Alloy / D.V. Zagrebelnyy // PhD Thesis. Purdue University. - 2007.
- Mitchell, A. Segregation and Solidification in Titanium Allys / A. Mitchell, A. Ka-wakami // Ti-2007 Science and Technology. -2007. - Vol. I. - P. 173-176.
- Mitchell, A. Beta fleck and segregation in Ti alloy ingots / A. Mitchell, A. Kawakami, S.L. Cockroft // J High Temperature Materials and Processes. - 2007. - P. 59-78.
