4045/3003铝合金包覆铸造工艺的数值模拟研究

采用数值模拟和实验研究相结合的方法,研究了φ140 mm×φ110 mm的4045/3003铝合金包覆铸造过程中分流方式、铸造温度、铸造速度对温度场、流场及凝固过程的影响规律。结果表明:密集不均匀分流方式可最大化的使芯材支撑层四周温度分布和熔体流速趋于均匀一致,复合面上边缘温差在5℃内;3003铝合金铸造温度从720℃提高到760℃对整个温度场几乎没有影响,但在适当的温度范围较高的浇注温度有利于提高支撑层表面光滑度和铸锭表面质量;铸造速度过慢会出现卡锭现象,铸造速度过快会导致漏铝,因此铸造速度应保持在100 mm/min左右,以保证试验顺利进行。模拟结果可为进一步优化包覆铸造工艺和工业化提供理论基础。     

DC鋳造法制备包覆铸锭研究

本文首先建立了一个数学模型,用来模拟包覆铸造过程和工艺参数(包括铸造速度、铸造温度、冷却水量)对包覆铸锭的影响规律。以模拟结果为依据,通过优化工艺参数成功制备了尺寸为φ140/φ110mm的4045/3003包覆铸锭,并通过实验测温对模型进行了验证。采用多种手段对界面的组织性能进行了检测。结果表明,测温结果与模拟结果相互吻合,模型可靠。优化后的包覆铸造工艺参数为：铸造速度100mm/min,冷却水量35L/min,铸造温度1020K(4045),1000K(3003)。包覆铸锭界面处无气孔、夹杂等缺陷,通过元素扩散形成了约15μm的扩散层。界面抗拉强度为107.3MPa,大于3003合金基体强度,说明两种合金实现冶金结合     

基于ProCAST研究冷却速率对新型铁基铸锭凝固过程的影响

基于Back Diffusion溶质扩散理论与CAFé模型,采用Pro CAST软件建立了?800 mm×600 mm的新型铁基铸锭铸造过程仿真模型,对选用砂型铸造过程的宏观的温度场,流场和微观组织耦合模拟;分析了凝固过程中铸件的温度场,流场和温度梯度的变化以及可能存在的缺陷;结果表明,离冷铁越近,温度梯度越大,随着冷却速度的增加,铸型充型时间减小,冷却速度为100 K/s时,充型时间为15.57 s,整个铸锭缩松缩孔的缺陷区域主要存在浇注系统以及冒口部分,且在3种冷却速度中冷却速度为10 K/s的铸锭缺陷区域面积最大,微观组织颗粒尺寸也随过冷度的增加而减小。     

2A12铝合金Φ110mm铸锭热顶铸造工艺研究

为了提高2A12铝合金的Φ110 mm铸锭质量,采用热顶铸造进行试验研究。结果表明,2A12铝合金的熔炼温度控制在700℃~750℃,铸造温度在700℃~720℃,铸造速度在140 mm/min~160 mm/min,在铸造过程中采取有效的在线净化装置进行除气,并对铸锭进行480℃~495℃10 h的均匀化退火,能生产出组织和性能满足用户要求的铸锭。     

高强韧铝合金半连铸铸锭温度场与应力场数值模拟

基于有限差分软件MAGMAsoft的Continuous casting模块,建立了准800 mm×2 000 mm高强韧铝合金半连铸圆锭热-力耦合的有限差分模型。分别对不同结晶器高度、引锭底盘形状,以及不同铸造速度下的温度场、应力场进行了模拟计算。综合分析了工艺条件的改变对铸锭温度场和应力场的影响规律。结果表明:结晶器高度为200 mm时,液穴深度和铸锭温度梯度较小,裂纹倾向减少;引锭盘形状为圆柱形凸底盘时,有利于降低裂纹倾向;提高铸造速度,使液穴变深,温度梯度增加,裂纹倾向增大。     

7050铝合金圆锭软接触电磁铸造过程数值模拟

模拟研究了7050铝合金圆锭常规铸造和软接触电磁铸造过程中的温度场和流动场。首先模拟了Φ300mm铸锭常规铸造过程中铸锭内部的温度变化,模拟结果与试验结果吻合良好,验证了模拟模型的准确性;利用该模型研究了软接触电磁铸造过程中Φ500 mm铸锭的温度变化规律。结果表明,施加软接触电磁场后,金属熔体受到分布于边部并指向中心的电磁力作用,电磁力的方向与铸锭轴线成一定的倾角。常规铸造时,Φ500 mm铸锭的液穴深度为212 mm。施加强度为0.3 T、频率为5~100 Hz的软接触电磁场后,铸锭液穴深度降至113~172 mm。当频率在10~25 Hz范围内变化时,铸锭液穴深度降至最低,为113~122 mm。     

半连续铸造速度对ZL201凝固组织影响的多尺度模拟

用多尺度模拟方法研究了近液相线半连续铸造中的ZL201合金的液/固相变。建立了描述连续铸造过程的温度场模型及相变模型,通过固相率变化将宏观和介观尺度上的模拟耦合起来。利用外推边界条件对ZL201合金在近液相线半连续铸造过程的稳态温度场进行了计算;根据连续铸造特点,提出了用液/固相变区域中元胞的平均过冷度作为形核计算的基本参数。对ZL201合金在铸造速度为1.5~10.0mm/s时的近液相线浇注的凝固组织进行了模拟。计算表明,铸造速度对半固态合金组织的形成有较大影响,当铸造速度在2.0~2.5mm/s时,可获得晶粒大小和分布良好的合金组织。     

7050铝合金大铸锭半连续铸造过程数值模拟

利用大型有限元软件MSC.marc,建立了7050铝合金大铸锭的半连续铸造热-力耦合有限元模型,模型采用8节点六面体单元,考虑了凝固时的液-固相变以及凝固潜热的影响,定义了半连铸过程复杂的边界条件,分析了不同的铸造速度对温度场、应力场的影响规律.计算结果显示,降低铸造速度,可以减小铸锭内层和外层冷却速度的差别,降低铸锭表层拉应力,有利于促进铸锭的成形,减小产生裂纹的倾向性.     

铸造铝合金圆锭温度场试验研究和数值模拟

通过试验设备测定了半连续铸造100mm铝合金圆锭温度场分布,以此为基础,通过反算法得到直接冷却半连续铸造铝合金水冷段换热系数与铸锭表面温度的关系。计算表明,随着铸锭表面温度的降低,传热系数逐渐增大;在温度由400℃降至130℃的过程中,传热系数急剧增大,温度在130℃左右时达到最大,其值约为23kW/(m2·K);当温度继续降低时,铸锭表面传热系数又迅速减小。用三维有限元方法对铸造过程的凝固规律进行了数值模拟,结果发现模拟值和试验值基本符合。     

铸造速度对Al-1.2Mg-0.7Si半固态合金组织演化影响的多尺度模拟

利用多尺度模拟方法研究了半连续铸造过程铸造速度对Al-1.2Mg-0.7Si合金凝固组织的影响.建立了温度场模型及相变模型,通过固相率变化将宏观尺度上的温度场计算和介观尺度上的微观组织模拟耦合起来,将计算得到的宏观尺度上的稳态温度场数据映射到介观尺度上,利用液固相变区域中元胞的平均过冷度确定半连续铸造过程中各个元胞的形核,采用溶质扩散模型描述晶粒长大.以Al-1.2Mg-0.7Si合金为研究对象,模拟了浇注温度为660℃,铸造速度分别为100、120、150、170、200mm/min时微观组织的演变.结果表明,当速度为150mm/min时,得到的组织均匀、细小、近球形,并进行试验验证,模拟结果与试验结果吻合.     

钛合金TC4真空自耗熔炼工艺参数对宏观偏析影响

采用Fluent软件模拟了钛合金TC4真空自耗熔炼过程中温度场、流场和溶质场相互作用,研究了与铸锭直接相关的3个工艺参数(熔速、铸锭上表面温度和冷却强度)对铸锭宏观偏析的影响规律。结果表明：不同熔炼条件下,在铸锭1000 mm高度处的铁元素径向偏析均呈钟形分布,即铸锭芯部为正偏析,表面区域为负偏析,且负偏析程度均大于正偏析。熔炼速度对铸锭温度场和宏观偏析的影响最为明显：当熔炼速度由0.15 mm/s增加到0.18 mm/s时,铸锭达到稳定熔炼阶段时的高度由1200 mm增加到1600 mm,熔池深度由494 mm增加到738 mm。当距铸锭中心距离小于130 mm时,偏析随熔炼速度增加而减小,在熔炼速度为0.15 mm/s时达到最大值,为3.36%;当距铸锭中心距离大于295 mm时,偏析随熔炼速度增大而增大,在熔炼速度为0.21 mm/s时达到最大值6.23%。铸锭上表面温度和冷却强度对宏观偏析和熔池深度的影响不明显。通过正交分析得到3个主要工艺参数对宏观偏析影响程度为：熔炼速度>冷却强度>铸锭上表面温度,并得到最优工艺参数为熔炼速度0.15 mm/s、铸锭上表面温度21...     

离心铸造复合轧辊凝固过程的数值模拟和微机监控

本文使用有限元方法对离心铸造复合铸铁轧辊凝固过程进行了数值模拟,建立了离心铸铁轧辊复合层凝固过程温度场模型。数值模拟技术可以从理论上预测凝固规律,并可辅助轧辊生产工艺设计,在此基础上研制了以MCS—51系列8031单片机为主控单元的微机化红外测温监控系统。该系统通过键盘通讯、数据采集及运算可以预报离心浇注机停机时间和温度,并可打印输出采样温度和时间,实现复合轧辊生产的微机监控。微机化红外测温监控系统已在生产中应用,防止了废品,有效地提高了离心铸造复合轧辊的质量,取得了良好的经济效益。     

硫代硫酸钠模拟制备大型复合铸锭工艺研究

在锭模中预置轧制或锻造过的芯材,依靠低温芯材吸收金属熔体凝固过程中释放的部分热量,可以显著提高金属熔体的凝固速度和形核率,从而改善铸锭内部组织,尤其针对大型钢锭,效果更加显著。以硫代硫酸钠熔体为凝固介质,以固体硫代硫酸钠圆棒为芯材,进行了复合浇铸试验。结果表明,在熔体中加入固体芯棒显著提高熔体的凝固速率,凝固时间为30 min时,加芯棒时凝固速率为6.8 g/min,未加芯棒时凝固速率为4.6 g/min。凝固时间达到53 min时,凝固速率基本相等,加芯棒铸锭的凝固百分数达到62%,未加芯棒铸锭的凝固百分数只有37%。另外,加入芯棒后,铸锭心部平均晶粒尺寸由5.33 mm细化到2.66 mm,铸锭心部质量明显提高,铸锭缩孔体积减小5.4%。     

2A14铝合金大规格圆铸锭铸造工艺试验研究

使用Almex铸造机,试验研究2A14铝合金大规格圆铸锭铸造过程中易产生疏松、成分偏析、底部裂纹等问题。研究结果表明:采用热顶铸造和软起铸工艺可增加铸造成功率,同时通过多级除氢系统和铸造过程持续添加Al-Ti-B丝,使得铸锭内部组织得到改善,当铸造速度为15 mm/min～25 mm/min、铸造温度为700℃～710℃,结晶器水流量控制为20 m~3/h～60 m~3/h时,成功铸造出外观质量合格、晶粒组织细小的2A14铝合金Φ915 mm大规格圆铸锭。     

7N01铝合金Ф784 mm圆铸锭铸造技术研究

研究了7N01铝合金Ф784 mm圆铸锭的熔铸工艺,通过改变合金的铸造速度、冷却水流量等工艺参数获得了优质7N01铝合金Ф784 mm圆铸锭。结果表明,当铸造温度为720℃、铸造速度为20 mm/min、水流量为1.7 m~3/min,铸棒均匀化处理制度为350℃×4 h+480℃×12 h,同时将结晶器改装成热顶铸造和电磁铸造相结合获得表面质量最好,高倍组织均匀细小,晶粒度达到1级且内部成分均匀,无成分偏析的铸锭。     

ZK61M变形镁合金铸造工艺研究

ZK61M变形镁合金铸造过程中经常出现铸锭表面开裂。据此试验研究了合金成分(Zn、Zr含量)对铸锭组织和性能的影响,铸造工艺参数(铸造温度、冷却强度、铸造速度、结晶器)对铸锭质量和开裂缺陷的影响,铸锭均匀化工艺参数对铸锭组织和加工塑性的影响。确定了ZK61M镁合金的成分范围,w(Zn)=5.3%~5.5%,w(Zr)=0.6%~0.8%;优化了铸造工艺参数,防止熔体过热,铸造温度695℃~705℃,铸造速度36 mm/min~40 mm/min,改进结晶器,减少二次水冷却强度;铸锭均匀化工艺参数390℃12 h。这样形成了ZK61M镁合金铸锭稳定的生产工艺,大大减少了铸锭表面开裂。     

半连续铸造中脉冲水冷却技术对扁锭底部翘曲的影响

采用常规铸造法和脉冲水冷却法对比研究了不同铸造工艺对400mm×1320mm工业纯铝扁锭底部翘曲的影响规律。在铸造温度为720℃,铸造速度为35～65mm·min-1,冷却水流量为20～50m3.h-1的工艺条件下,采用常规铸造和脉冲水冷却时扁锭的底部翘曲变形量分别为52mm和5～12mm。脉冲水冷却法对铸锭底部翘曲的抑制主要是由于脉冲水对铸锭的冷却强度降低,铸锭芯部和边部的冷却差异减小,在减小翘曲驱动力的同时增加了铸锭底部凝固壳的刚度,从而抑制了底部翘曲。     

智能优化在铝合金低频电磁半连续铸造中的应用

针对铝合金大尺寸扁锭成型裂纹倾向大、工艺参数不易找准的问题,建立了基于RBF的电磁半连续铸造神经网络模型,以铸锭裂纹量化值最小作为优化目标,以训练后的RBF网络作为评价函数,在工艺指标控制范围内,采用改进后的遗传算法对铝合金电磁半连续铸造过程的工艺参数进行了优化计算,获得了最优工艺参数值:铸造速度为52 mm/min,铸造温度为724 ℃,扁锭宽面冷却强度为134 L/min,扁锭窄面冷却强度为22 L/min,电磁强度为11 749 A·匝,电磁频率为27 Hz.按照该最优工艺参数值进行了真实试铸,结果表明,铸锭成品率比优化前提高了20%.     

大规格7050铝合金圆锭熔铸工艺参数优化的数值模拟

采用某铝业公司提供的铸造工艺参数,基于温度场、应力场和流场三场的耦合系统研究了铸造工艺参数设置对熔铸过程的影响。结果显示,铸造速度对应力场影响非常大,而铸造温度、水流量对应力场的影响则不太明显。针对800 mm铸锭热裂问题,通过数值模拟对原工艺参数进行了优化。     

散热器芯材用Al-Mn合金扁锭的生产

分析了汽车散热器芯材用Al-Mn合金的特性,针对散热器芯材用Al-Mn合金扁锭铸造开头容易出现悬挂和铸锭大面裂纹等问题,进行了铸造工艺的探讨。结果表明,采用铸造速度50 mm/min、铸造温度740℃、冷却水流量150m~3/h、液位高度90 mm的铸造工艺,能生产出性能合格的散热器芯材用Al-Mn合金420 mm×1 420 mm规格的扁锭。铸造开头防止悬挂是生产合格铸锭的关键。