Термодинамический анализ литейных титановых сплавов – основа информационного обеспечения при разработке оптимальной литейной технологии

В работе обоснована необходимость системного формирования интеллектуальных связей для интеграции в единый комплекс ныне разрозненных программных продуктов по технологическому анализу геометрии отливок, термодинамическому моделированию свойств титановых сплавов, расчету теплофизических характеристик формовочных смесей с целью сопряженной реализации совокупности моделирующих процедур и диагностики литейных процессов. При отсутствии подобного интегрированного программного комплекса компьютерный анализ результатов моделирования при существующей практике изготовления изделий демонстрирует (на примере распределения усадочных дефектов в ответственной отливке из сплава ТЛ3) необходимость радикального совершенствования средств технологического проектирования.

Одним из узловых компонентов формируемой в перспективе «цифровой технологии» является термодинамическое моделирование равновесных фазовых превращений, позволяющее рассчитывать показатели физико-химических, термодинамических, теплофизических и литейных параметров титановых сплавов и их эволюцию в температурном интервале кристаллизации. На основе термодинамического моделирования, аппарата планирования экспериментов и опыта проведенного статистического анализа разработана методика формирования моделей для оценки равновесных параметров, используемых при моделировании литейных процессов, и показана возможность ее применения к различным литейным титановым сплавам. Для нормативной композиции сплава ТЛ3 получена многофакторная система уравнений, отражающая степень влияния компонентов на колебания комплекса характеристик сплава, определяющих развитие ряда литейных дефектов. Описаны возможности использования полученных моделей для сплава ТЛ3 и методики их получения для применения в системах компьютерного моделирования с целью повышения адекватности и точности получаемых результатов.

1. Ушков С. С. и др. Производство и применение литых изделий из сплавов на основе титана // Вопросы материаловедения. 1999. № 3. С. 126–137.

2. Кудрявцев А. С., Молчанова Н. Ф., Травин В. В. Свариваемые литейные титановые сплавы в элементах оборудования энергетических комплексов // Титан. 2009. № 2. С. 47–53

3. Nastac L. Advances in investment casting of Ti‑6Al‑4V alloy: a review / L. Nastac, M. N. Gungor, I. Ucok et al // Int. J. Cast Metals Research. 2006. Vol. 19. No 2. Р. 73–93.

4. Голод В. М. Компьютерный анализ литейной технологии, проблемы его информационного обеспечения и адаптации к условиям производства // Вест. Удмуртского ун‑та. 2008. № 1. С. 67–87.

5. Баженов В. Е., Колтыгин А. В., Фадеев А. В. Использование программы ProCast для моделирования процесса получения отливок из сплава TNM‑B1 на основе алюминида титана литьем в керамические формы // Изв. вузов. Цветная металлургия. 2013. № 6. С. 9–13.

6. Голод В. М. Вычислительная термодинамика в материаловедении: учеб. пособие / В. М. Голод, К. Д. Савельев. СПб.: Изд‑во политехн. ун‑та, 2010. 217 с.

7. Thermo‑Calс. Thermodynamics and Properties Software Thermo‑Calc. https://thermocalc.com.

8. Pandat Software. An Integrated Simulation Platform for Materials Design. ‒ https://computherm.com/software.

9. JMatPro. Sente Software Ltd. Program JMatPro mesoscale computation materials engineering software. ‒ https://www.sentesoftware.co.uk/jmatpro.

10. Иксанов М. В., Молчанова Н. Ф., Голод В. М. Компьютерный анализ влияния марочного состава литейного титанового сплава системы Ti‑Al‑V–Mo‑C на образование усадочных дефектов в отливке // Литейное производство сегодня и завтра: сб. науч. тр. конф. СПб.: Изд‑во Культ‑информ‑пресс, 2016. С. 268–275.

11. Иксанов М. В., Голод В. М. Расчет параметров дендритной структуры сплава Ti‑Al // Литейное производство сегодня и завтра: сб. науч. тр. конф. СПбПУ Петра Великого, 2018. Т. 1. Ч. 1. С. 178–180.

12. Иксанов М. В., Голод В. М. Компьютерный термодинамический анализ литейного титанового сплава системы TiAl‑V // Литейное производство. 2018. № 10. С. 17–19.

13. Иксанов М. В., Голод В. М. Компьютерный анализ влияния химического состава литейного титанового сплава на кинетику процесса кристаллизации и параметры дендритной структуры // Литейное производство сегодня и завтра: сб. науч. тр. СПб.: Изд‑во Культ‑информ‑пресс, 2020. С. 23–40.