Al-Si合金凝固過程數(shù)值模擬.pdf

1、Al-Si合金具有優(yōu)良的鑄造性能，具有成分較穩(wěn)定、均勻、易于熔配等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)、建筑、交通運(yùn)輸、化工、國防建設(shè)等方面有廣闊的應(yīng)用前景。 本文以Al-Si合金為研究對象，因?yàn)榭s孔縮松成為其產(chǎn)生廢品的主要原因，所以本文主要針對Al-si合金凝固過程中的縮孔、縮松預(yù)測進(jìn)行研究。主要分為三個(gè)模塊：建立溫度場數(shù)學(xué)模型；建立預(yù)測縮孔的數(shù)學(xué)模型；建立預(yù)測縮松的數(shù)學(xué)模型。 本文以凝固理論、傳熱學(xué)原理等為基礎(chǔ)，結(jié)合Al-Si合金的相圖

2、，建立了溫度場的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)相圖，考慮到Al-Si合金凝固時(shí)發(fā)生初晶轉(zhuǎn)變和共晶轉(zhuǎn)變。因此，在對結(jié)晶潛熱的處理上，同時(shí)采用了等價(jià)比熱法和溫度回升法。在初晶凝固區(qū)間采用等價(jià)比熱法；在共晶凝固區(qū)間采用溫度回升法。并根據(jù)成分利用杠桿定律來計(jì)算初生相和共晶相的潛熱，建立了較為準(zhǔn)確的溫度場模型，為以后的縮孔縮松預(yù)測做好了充分的準(zhǔn)備。 在對凝固過程的縮孔預(yù)測方面，將多熔池判別技術(shù)與Al-Si合金的固液界面判據(jù)相結(jié)合，對縮孔熔池進(jìn)行了準(zhǔn)確的劃

3、分；在預(yù)測縮孔的過程中，以臨界固相率與收縮量綜合法為標(biāo)準(zhǔn)；為了精確預(yù)測縮孔的體積，考慮到固態(tài)收縮對縮孔的形成影響不大，因此本文在計(jì)算體積收縮量的過程中，只考慮液態(tài)收縮和凝固收縮，而對固態(tài)收縮則忽略。 在對凝固過程的縮松預(yù)測方面，利用多熔池判別技術(shù)對縮松熔池進(jìn)行了準(zhǔn)確的劃分；將影響縮松形成的壓力項(xiàng)引入Al-Si金縮松預(yù)測的判據(jù)中；考慮到共晶平臺(tái)的存在，用固相率梯度代替了溫度梯度；提出了等價(jià)冷卻速的概念，對冷卻速度進(jìn)行了修正。更準(zhǔn)確

4、地反映了凝固的真實(shí)過程；基于這些改進(jìn)，建立了預(yù)測縮松的新判據(jù)，即P<,0>·G<,s>/√R<,e>≤K，其中，p<,0>代表凝固單元受到的壓力，G<,s>代表固相率梯度，R<,e>代表等價(jià)冷卻速度。對Al-si合金凝固過程中縮松的形成進(jìn)行了精確預(yù)測。 最后，以合金ZL102、鑄型ht150為例，不考慮表面涂料的情況下，進(jìn)行了一組梯形件的澆鑄實(shí)驗(yàn)。通過將模擬結(jié)果與實(shí)際澆注結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果表明：對縮孔縮松缺陷的預(yù)測情況與該產(chǎn)品實(shí)