基于MAGMASOFT的鑄態(tài)AlSi7Mg合金組織模擬與力學(xué)性能預(yù)測.pdf

1、鋁合金的二次枝晶間距值是合金凝固條件的綜合反映，也是用于評(píng)判和預(yù)測鑄件力學(xué)性能的重要指標(biāo)。許多研究表明，鋁合金的二次枝晶間距與抗拉強(qiáng)度、延伸率以及屈服強(qiáng)度之間都有較為明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此根據(jù)鑄件部位的二次枝晶間距，就可以預(yù)測出相應(yīng)的力學(xué)性能。隨著計(jì)算機(jī)和CAE技術(shù)的發(fā)展，零件的局部微觀組織和力學(xué)性能模擬已經(jīng)成為了CAE技術(shù)研究熱點(diǎn)之一。鋁合金密度小、比強(qiáng)度高、鑄造性能好，因而成為替代鋼鐵鑄件使產(chǎn)品減重的首選材料，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車、航

2、空、航天等領(lǐng)域。精密組芯造型工藝已經(jīng)成為生產(chǎn)高精度、形狀復(fù)雜鋁合金鑄件的一種重要手段，由于這種新興的鑄造方法還具有高效率、高精度、低成本、可機(jī)械化批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因而在鋁合金鑄件生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，尤其適用于尺寸精度要求高、復(fù)雜形狀的近凈形鋁合金鑄件的生產(chǎn)。然而由于砂型的熱擴(kuò)散系數(shù)小，往往限制了鑄件的組織和力學(xué)性能的提高。因此預(yù)測砂型組芯造型條件下鋁合金鑄件的組織和力學(xué)性能，對(duì)于零件結(jié)構(gòu)的精確設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)用性意義。目前MAGMAS

3、OFT4.4中已經(jīng)初步具有對(duì)AlSi7Mg合金和AlSi10Mg兩種合金材料的二次枝晶間距計(jì)算功能，但是該功能尚不完善，尤其是計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性仍有待改進(jìn)，對(duì)于鑄件力學(xué)性能的預(yù)測還需進(jìn)一步開發(fā)。
　　本文通過試驗(yàn)分別測定了，在鉻礦砂和硅砂兩種不同砂型條件下AlSi7Mg合金階梯形鑄件不同壁厚處的冷卻曲線，以及不同壁厚處的二次枝晶間距和抗拉強(qiáng)度。通過擬合分析，得到組芯造型條件下鑄態(tài)AlSi7Mg合金的二次枝晶間距與抗拉強(qiáng)度之間的函數(shù)關(guān)

4、系為:σb=219.83-1.06SDAS，并以此作為AlSi7Mg合金的抗拉強(qiáng)度預(yù)測的依據(jù)。使用MAGMASOFT4.4對(duì)上述試驗(yàn)過程做凝固模擬分析，得到了鑄件不同壁厚處的模擬冷卻曲線及模擬二次枝晶間距計(jì)算結(jié)果。模擬冷卻曲線與實(shí)測冷卻曲線比較吻合，從而驗(yàn)證了凝固模擬計(jì)算所得冷卻曲線的可靠性;通過實(shí)測二次枝晶間距與模擬二次枝晶間距之間的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，MAGMASOFT模擬計(jì)算所得的二次枝晶間距與實(shí)測二次枝晶間距之間存在較明顯的差異，要想

5、通過模擬所得的二次枝晶間距值來預(yù)測鑄件的抗拉強(qiáng)度，模擬計(jì)算二次枝晶間距結(jié)果需要進(jìn)一步優(yōu)化。
　　本文以硅砂組芯造型條件下AlSi7Mg合金階梯形鑄件的凝固模擬為樣本，通過調(diào)整模擬過程的參數(shù)設(shè)置和調(diào)整計(jì)算方程中的A0值兩種方法都獲得了可靠的二次枝晶間距模擬結(jié)果，并驗(yàn)證了這兩種方法在鉻礦砂砂型條件下AlSi7Mg合金的適用性，同時(shí)在實(shí)際生產(chǎn)的鑄件上進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，獲得了良好的效果。在優(yōu)化的二次枝晶間距模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)擬合的二次枝