铸铁——一种可预测的材料——铸造工艺模拟在评估铸铁件的生产和性能方面的新潜能

在近20年中,铸造工艺模拟已经从预测热节和凝固过程发展到为铸造厂总体评价铸件的整个生产路线的工具.与铸造方案有关的保证补缩依然是铸造工艺模拟最重要的任务之一.对于所浇注的合金,要提供无缺陷的铸件,需要考虑不同的补缩特性和自补缩能力.因此,仅仅根据由温度场导出的热节来预测收缩缺陷是不够的.为了能定量预测这些缺陷,凝固模拟必须与密度和质量迁移的计算相结合,以求出凝固形态对补缩特性的影响,并应考虑合金相应的补缩范围.对于铸铁厂来说,应用铸造工艺模拟已成为预测所采用工艺的耐久性和可靠性的重要手段,尤其是为了要定量表示铸铁的凝固和收缩特性,必须考虑合金元素、熔化操作和冶金因素的影响.这种模拟不但允许预测铸铁的局部组织、相组成及最终的力学性能,在铸造厂内评估铸件质量,还可在铸件设计过程中使用这种定量信息.目前的技术发展水平已允许定量预测铸铁件的残余应力和铸造变形,还可确定铸件中的裂纹以及在热处理过程中铸造应力的降低.文中将概述目前定量预测铸铁件特有缺陷和铸件性能方面的能力,并重点介绍在模拟铸铁件制造和ADI以及预测铸铁件应力方面的最新发展.     

铸铁件应力与变形的数值模拟及试验研究

用JSCAST铸造模拟软件,对常用牌号铸铁件的应力框模拟试样进行铸造变形解析,对其内部应力及变形进行预测和对比分析.用树脂砂铸造工艺浇注QT600-3应力框铸件,以测量实际应力和变形,验证模拟结果,并提出减小铸铁件应力及变形的措施.结果表明,铸件的实际应力及变形与模拟结果基本一致;球墨铸铁的残余应力明显高于灰铸铁,且强度越高,应力越大,密烘铸铁的应力及变形状态与球墨铸铁相似,高弹性模量有利于保证铸铁件质量.建议从选择优质铸造合金材料、改善铸件结构、优化铸造工艺和提高组织均匀性等方面减小铸铁件的残余应力.     

QT550-6壳体铸件的铸造工艺设计和优化

使用计算机进行铸造CAE模拟有助于复杂铸铁件的铸造工艺设计,充型和凝固的分析结果为工艺设计提供重要的依据。良好的浇注系统是获得高质量铸件的必要条件。以壳体铸件为研究对象,用MAGMA凝固模拟软件对浇注系统进行优化模拟。结果表明,在生产过程中依据模拟优化结果对试制件进行了改善,成功开发了合格QT550-6壳体铸件。     

大型铸件成形过程数值模拟及工艺优化

用工程湍流模式计算大型铸件充型凝固过程三维速度场、温度场时,对提高模拟计算精度和效率进行了探讨。应用新的计算方法对大型不锈钢和合金铸铁件进行数值模拟,优化其铸造工艺。     

孕育铸铁件的无冒口铸造工艺

本文运用铸铁件“均衡凝固与有限补缩理论”,对孕育铸铁的收缩特性和具体铸件的补缩特点作了分析。提出该类合金无冒口铸造工艺设计的方法,为铸铁件铸造工艺方案的制定开辟了新路。     

基于ProCAST的铸造应力数值模拟探讨

利用ProCAST模拟铸造应力,如从浇注开始即进行模拟,当模拟计算进行至铸件凝固温度时计算终止;如从铸件凝固以后某一温度开始,并且假定铸型为空时进行模拟,可以得到铸件的铸造应力.     

《均衡凝固技术铸件质量控制》科技成果资料征订

《均衡凝固技术》是关于铸造工艺方案确定、浇冒口系统设计、提高铸件质量、防止铸造缺陷的系列工艺科研成果。1987年获国家级科技进步二等奖,是国家科委重点推广的科技成果项目。为落实国家推广计划,达到推广普及的目的并形成规模效益,陕西机械学院把12年来取得的均衡凝固与有限补缩;铸铁件冒口类型及应用;压边浇冒口系统;浇注系统大孔出流;铸铁件收缩时间分数与补缩率的统计研究;铸铁件冒口(三F法)定量计算;冷铁;铸件缺陷分析与铸件质量控制;铸铁件型芯用浅色涂料;铸钢件涂料等九项铸造工艺科研成果汇编成册,取名《均衡凝固     

绞车滚筒铸铁件的铸造工艺设计和数值模拟

对铸铁件JH-20型回柱绞车滚筒进行铸造工艺设计.根据铸件形状对称的特点,设计了底注式浇注系统,采用两个内浇道同时对铸件浇注.利用CAD软件建立铸件的三维模型,并用ViewCast铸造模拟软件对铸件的凝同过程进行了数值模拟.模拟显示,在滚筒与法兰连接处会产生缩孔、缩松缺陷.根据数值模拟结果并结合理论分析,对铸造工艺方案进行工艺改进.通过增设冒口的方法,利用冒口对铸件进行补缩,以实现铸件的顺序凝固.结果表明,优化后的工艺有效地消除了缩松缩孔缺陷,从而获得了合理的铸造工艺方案.     

铸件计算机凝固模拟的现状、发展与前景

计算机凝固模拟已经取得令人注目的成就，可以协助设计人员改进工艺设计，提高铸件质量。但是凝固模拟软件需要在铸件凝固的物理模型，计算机数值计算，铸件的三维成形，初始条件和边界条件确定，热物性数据的测量，铸件缺陷的预测及显示等多方面进行改进以更大程度上满足铸造生产的实际需要。在未来很长时期内，凝固模拟作为一个有力的工具，仍然需要有实际铸造工艺设计经验的专家使用才能发挥其作用与潜力。另一方面，铸造生产厂家必须严格生产过程控制，正确使用凝固模拟软件，加强对技术人员的培训和不断积累使用凝固模拟软件的经验，这是生产高质量铸件的需要，也是成功应用凝固模拟软件的重要条件。     

ZG35CrMo曲轴铸造凝固过程的数值模拟

采用计算机数值模拟的方法对ZG35CrMo钢曲轴铸造凝固过程进行数值模拟,预测铸件缺陷,为改进铸造工艺,提高铸件质量收到了明显的经济效益.     

灰铁凝固过程中缩孔缩松的预测

通过热分析实验及对灰铁试件的浇注实验,分析了碳当量及孕育对灰铁凝固过程的影响.在动态膨胀叠加法的基础上,综合考虑了初始温度、碳当量、孕育、初晶和共晶体积的收缩与膨胀,建立了灰铁缩孔预测模型.开发了灰铁凝固过程数值模拟分析系统,并对实际的灰铁浇注件进行验证分析,预测结果与实验结果吻合较好.     

Optimization of casting conditions for heat and abrasion resistant large grey iron castings

Numerical simulation technology was applied for optimizing the casting design and conditions in large cast iron castings for marine engine. By the simulation of mold filling and solidification sequences the problems of the previous casting conditions were analyzed and marked improvements for large cylinder liner parts were derived from these results. Especially the amount and positions of chills were optimized to increase the mechanical properties and to minimize the shrinkage and microporosity in the castings. Ultrasonic testing, penetration testing and mechanical property testing were carried out for the parts with the modified casting conditions. It showed that no defects in the castings were found and the productivity could be distinctly increased. The mechanical properties satisfied also the specification demanded.     

球墨铸铁箱体铸件的生产

介绍了缓速器箱体铸件的技术要求及技术难点.为确保铸件质量,采用CAE软件对铸件进行凝固模拟分析,严格控制炉料质量和铁液化学成分,采用合理的球化、孕育处理工艺,4件铸件试生产结果显示：铸件表面质量良好,力学性能达到规定要求,铸件超声波探伤和表面着色探伤检测均达到了客户的要求,机械加工后没有发现任何铸造缺陷.     

船用舵柄铸钢件的铸造工艺分析及应用

介绍了船用舵柄铸钢件的技术要求和结构特点,确定了该铸件的铸造工艺原则,并利用华铸CAE软件进行了铸造工艺方案的凝固模拟分析和优化。结果表明,采用优化的铸造工艺方案生产的舵柄铸件质量完全满足用户要求,一次合格率达到100%。     

消失模铸造球墨铸铁件收缩缺陷计算机模拟的处理方法

本文主要讨论了初始温度场和铸型硬度对消失模铸造球墨铸铁件收缩缺陷的影响,用计算机数据采集系统测试了消失模和空腔铸造的初始温度场分布。结果表明,两者初始温度场分布仅有微小差别,不同真空度下消失模铸型硬度的测试结果表明,消失模铸型的硬度高于普通湿型砂铸型,并且硬度分布更均匀 ,这一特点可以减少球铁石墨化膨胀引起的型壁移动,根据上述测试,确立了球铁件消失模铸造收缩缺陷的计算机模拟及预测方法,模拟结果与实际生产铸件的解剖结果吻合较好。     

大型高铬铸铁挖泥泵叶轮铸造工艺研究

高铬铸铁具有良好的耐磨性,但由于其高脆性,通常只用于生产形状简单,体积较小的铸件,为了用高铬铸铁生产挖泥泵叶轮,进行了相应的工艺试验。通过合理的设计铸造工艺,利用计算机凝固模拟技术,同时严格控制现场生产过程,可成功地生产出形状复杂,质量较大的高铬铸铁叶轮。其工艺可供同行参考。     

铸造CAE模拟仿真技术在平台铸钢件中的应用

针对平台铸钢件机械加工后,固定位置出现铸造缺陷的问题,采用铸造CAE模拟仿真技术对原铸造工艺进行了模拟与优化,预测了铸造缺陷的分布位置。结果表明,有针对性的优化工艺,可以降低铸件的不良品率,提高经济效益。     

大型高铬铸铁叶轮的铸造工艺

高铬铸铁具有良好的耐磨性,但它是一种脆性材料,通常只用于生产形状简单、体积较小的铸件。通过合理设计铸造工艺,利用计算机凝固模拟技术,同时严格控制现场生产过程,成功地生产出形状复杂、质量较大的高铬铸铁叶轮。铸件经粗加工和探伤,性能达到技术要求。     

大型高铬铸铁挖泥泵叶轮铸件的研制

高铬铸铁具有良好的耐磨性,但脆性较严重,通常只用于生产形状简单,尺寸较小的铸件。通过设计合理的铸造工艺,利用计算机凝固模拟技术,同时严格控制生产过程,成功地生产出了形状复杂的大型高铬铸铁叶轮。     

Construction and analysis of dynamic solidification curves for non-equilibrium solidification process in lost-foam casting hypoeutectic gray cast iron

Most lost-foam casting processes involve non-equilibrium solidification dominated by kinetic factors, while construction of a common dynamic solidification curve is based on pure thermodynamics, not applicable for analyses and research of non-equilibrium macro-solidification processes, and the construction mode can not be applied to nonequilibrium solidification process. In this study, the construction of the dynamic solidification curve (DSC) for the nonequilibrium macro-solidification process included: a modified method to determine the start temperature of primary austenite precipitation (TAL) and the start temperature of eutectic solidification (TES); double curves method to determine the temperature of the dendrite coherency point of primary austenite (TAC) and the temperature of eutectic cells collision point (TEC); the "technical solidus" method to determine the end temperature of eutectic reaction (TEN). For this purpose,a comparative testing of the non-equilibrium solidification temperature fields in lost-foam casting and green sand mold casting hypoeutectic gray iron was carried out. The thermal analysis results were used to construct the DSCs of both these casting methods under non-equilibrium solidification conditions. The results show that the transformation rate of non-equilibrium solidification in hypoeutectic gray cast iron is greater than that of equilibrium solidification. The eutectic solidification region presents a typical mushy solidification mode. The results also indicate that the primary austenite precipitation zone of lost-foam casting is slightly larger than that of green sand casting. At the same time, the solid fraction (fs) of the dendrite coherency points in lost-foam casting is greater than that in the green sand casting.Therefore, from these two points, lost-foam casting is more preferable for reduction of shrinkage and mechanical burntin sand tendency of the hypoeutectic gray cast iron. Due to the fact that the solidification process (from the surface to center) at primary austenite growth area in the lost-foam cylinder sample lags behind that in the green sand casting,the mushy solidification tendency of lost-foam casting is greater and the solidification time is longer.