管坯电磁连铸内结晶器侧换热系数的模拟与研究

将实验得到的初始凝固坯壳的形状与数值模拟结果相结合的反推法确定了内结晶器冷却水量与内结晶器侧壁换热系数之间的关系,模拟了冷却水流量为80、100、120 L/s时凝固坯壳的形状和位置;在模拟得到的固-液界面位置附近,即距液面5～20 mm处施加了频率为2 500Hz的电磁场.结果表明:与传统连铸方法相比,施加电磁场后空心管坯的质量得到了明显的改善.     

电磁场对水平连铸紫铜管表面质量及组织性能的影响

研究了工频电磁场对水平连铸紫铜管坯表面质量、力学性能和组织的影响.结果表明:在工频电磁场作用下,紫铜管坯的表面质量得到了一定的改善,励磁电流为140 A时,表面粗糙度由120μm降到90μm;施加电磁场后,柱状晶得到了显著的细化,并在管坯内侧得到了细小的等轴晶组织;随着电流强度的增加,等轴晶区扩大,晶粒在周向上分布更加均匀;施加电磁场后,管坯的力学性能随着励磁电流的增加得到了显著的提高,当励磁电流为140 A时,抗拉强度提高了15%,延伸率提高了10%,管坯硬度提高了11%.     

电渣熔铸钢锭应力场的模拟研究

针对电渣熔铸钢锭各部位温差大、易产生热应力及测量困难的特点，采用大型有限元分析软件ANSYS对电渣熔铸过程中钢锭温度场和应力场进行了模拟研究，模拟结果与实际相吻合，并以此研究了钢锭的温度场及应力场分布，为电渣熔铸的实际生产提供了科学依据。     

High-strength aluminum alloys hollow billet prepared by two-phase zone continuous casting

The two-phase zone continuous casting (TZCC) technique was used to continuously cast high-strength aluminum alloy hollow billets, and a verified 3D model of TZCC was used to simulate the flow and temperature fields at casting speeds of 2–6 mm·min⁻¹. Hollow billets under the same conditions were prepared, and their macro/microstructures were analyzed by an optical microscope and a scanning electron microscope. During the TZCC process, a circular fluid flow appears in front of the mushy zone, and the induction heated stepped mold and convective heat transfer result in a curved solidification front with depressed region near the inner wall and a vertical temperature gradient. The deflection of the solidification front decreases and the average cooling rate in the mushy zone increases with increasing casting speed. Experimental results for a 2D12 alloy show that hot tearing periodically appears in the hollow billet accompanied by macrosegregation near the inner wall at casting speeds of 2 and 4 mm·min⁻¹, while macroscopic defects of hot tearing and macrosegregation weaken and the average size of columnar crystals in the hollow billets decreases with further increasing casting speed. 2D12 aluminum alloy hollow billets with no macroscopic defects, the finest columnar crystals, and excellent mechanical properties were prepared by TZCC at a casting speed of 6 mm·min⁻¹, which is beneficial for the further plastic forming process.

     

电磁场下AA3003/AA4045铝合金复层管坯水平连铸技术

采用数值模拟方法研究在电磁场下AA3003/AA4045铝合金复层管坯的水平连铸制备过程。为了考察电磁场对复层管坯水平连铸过程的影响,建立一个三维分析模型并对有无施加电磁场时的两个水平连铸过程分别进行全面地模拟与分析。数值模拟结果表明：施加旋转电磁搅拌后,铝合金熔体的紊流作用增强,糊状区的范围增大,糊状区的温度梯度减小且温度场变得均匀,铝合金熔体的固相率下降。这些改变有利于复层管坯组织的细化及复合界面元素的扩散。采用与数值模拟相同的工艺参数进行实验,结果证实在电磁场作用下复层管坯组织得到细化并且复合界面的元素扩散作用增强。     

高比强多孔铝合金中空层合圆管的压缩性能

研制了高比强多孔铝合金中空层合圆管,测试了层合圆管的压缩应力-应变曲线,并研究了其性能.结果表明:层合圆管的压缩形变过程经历3个阶段,即线弹性阶段、屈服平台阶段和紧实阶段;紧实应变可用多孔铝合金的紧实应变表示;由应力-应变曲线计算出层合圆管的能量吸收性能,发现其吸收能量超过铝合金空管和中空多孔铝合金吸收能量之和;同时其吸能效率高于60%.     

空心管坯的异相位电磁连铸

采用异相位电磁连铸技术,制备d290 mm×35 mm的铝合金空心管坯,研究异相位电磁场对铸锭凝固组织及表面质量的影响。结果表明:异相位电磁场通过改变金属熔体的流动状态,减少原子团簇上角隅的形成,降低熔体及凝固前沿的温度梯度等机制,可使Al熔体内产生爆发式形核,增加晶核数量,抑制枝晶生长,从而可细化、球化晶粒,改善铸锭凝固组织,避免裂纹的产生;同时,异相位电磁场通过作用于初凝壳内液态金属熔体以及初凝壳本身的电磁力,降低了结晶器与初凝壳的接触压力、减小了铸锭表面的摩擦并抑制了偏析瘤的形成,从而提高铝合金空心管坯的内外表面质量。     

Constitutive description of casting aluminum alloy based on cylindrical void-cell model

Casting aluminum alloys are highly heterogeneous materials with different types of voids that affect the mechanical properties of the material. Through the analysis of a cylindrical void-cell model the evolution equation of the voids was obtained. The evolution equation was embedded into a nonclassical elastoplastic constitutive relation, and an elastoplastic constitutive relation involving void evolution was obtained. A corresponding finite element procedure was developed and applied to the analyses of the distributions of the axial stress and porosity of notched cylindrical specimens of casting aluminum alloy A101. The computed results show good agreement with experimental data.     

汽车压铸及铸造铝合金

介绍了汽车铝合金中压铸、铸造合金的比例,变化趋势,在某些国家地区的产量。详细介绍了日本和美国近些年来各类汽车铝材的发货量,中国和日本压铸、铸造铝合金的化学成分、性能、特点及应用,各种铸造铝合金的热处理规范,汽车用高强度铸造铝合金的特点,典型汽车铸造铝产品的选材、生产与性能。介绍了压力铸造、金属型低压铸造、科斯沃斯法、气化模铸造工艺,列出了低压铸造工艺生产的各类铸件特征、材料和工艺。预测了汽车用铝的前景。     

方圆坯连铸结晶器锥度的测量及分析

在连铸过程中,结晶器锥度对提高连铸机的产量、改善铸坯质量、延长结晶器的寿命都起着决定性的作用。本文简要介绍了连铸中结晶器锥度的作用,分析了方坯及圆坯结晶锥度的设计原则,并以不同方坯及圆坯结晶器内腔尺寸测量数据为基础,分析了结晶器锥度在生产过程中存在的问题。     

模具参数对304不锈钢圆筒拉深件残余应力的影响

过大的残余应力容易导致圆筒拉深件应力腐蚀开裂失效。通过7组切环实验及有限元模拟研究了模具参数(凹模圆角半径和凸凹模间隙)对304不锈钢圆筒拉深件残余应力的影响,测得了各圆环的张开距离,采用ABAQUS有限元软件计算出圆筒件中的残余应力。结果表明:环向残余应力先随着凸凹模间隙的增大而增大,但当凸凹模间隙大于1.06t时,环向残余应力基本不受凸凹模间隙的影响;凹模圆角半径对筒形拉深件环向残余应力几乎没有影响;中部径向残余应力随着凸凹模间隙和凹模圆角半径的增大而增大。因此,选择较小的拉深间隙对减小304不锈钢圆筒拉深件中的残余应力是有效的。     

异型坯连铸机中间包热应力分析

为了解中间包大量发生裂纹的原因,利用有限元方法对中间包壳体的应力场进行了分析,计算了不同情况下的中间包壳体的应力分布,比较了载荷和结构对中间包壳体应力分布的影响,结合现场实际情况提出改进措施.现场实际使用证明其效果良好.     

DP800高强钢筒形件流动旋压成形过程及旋压力分析

基于ABAQUS/Explicit平台,建立了双旋轮筒形件流动旋压成形有限元数值模拟模型,分析了DP800高强钢筒形件流动旋压成形过程的应力应变分布规律,并研究了旋轮成形角、旋轮圆角半径、旋轮进给比和壁厚减薄率4个关键工艺参数对DP800钢筒形件流动旋压力的影响。结果表明:等效应力和等效应变的最大值出现在旋轮与坯料接触区,已成形区域的应力均匀;工件外表面的等效应变均大于工件内表面等效应变,并沿着厚度方向逐渐减小;各旋压分力大小顺序为:径向旋压力轴向旋压力切向旋压力;随着圆角半径、旋轮进给比、壁厚减薄率的增大,各向旋压分力和总旋压力都呈增大趋势;随着成形角的增大,轴向旋压力和切向旋压力呈增大趋势,但径向旋压力和总旋压力呈先减小后增大趋势。     

薄板坯连铸凝固状态分析与结晶器长度设计

推导了薄板坯连铸过程中钢液在结晶器内的凝固传热有限元方程,开发了钢液凝固状态及温度场分布的模拟分析软件,探讨了拉坯速度及结晶器长度对结晶器出口坯壳厚度的影响。     

薄壁圆筒件旋转椭球面型冲压缩口的应力分析

应用金属塑性成形理论中的轴对称薄壳理论 ,对薄壁圆筒工件旋转椭球面型冲压缩口成形过程的应力进行了分析 ,得出了缩口系数k≥ 0 71时此类工件缩口段经向应力的变化规律及其与其他参数之间的关系 ,推出了这种情况下工件最大轴向压应力及缩口力的计算公式 ,为工艺设计人员研究、制定相应缩口工艺提供了依据。     

第三类边界条件下大型圆柱体钢锭加热速度计算

针对大型钢锭在第三类边界条件下的加热过程进行分析,利用加热时温度沿钢锭横截面的分布变化和由温度梯度导致的钢锭瞬时热应力计算方法,建立了加热过程中钢锭径向、横向和切向的瞬时应力模型。在瞬时应力模型的基础上,根据钢锭在某一温度下的屈服强度和加热炉温度值,提出了控制钢锭加热速度的计算式。用此计算式计算加热工艺参数,可以有效控制钢锭在加热过程的温升速度,避免钢锭在加热过程中产生裂纹,该计算方法已在某特殊钢锻造厂得到实际应用,生产实践证明该方法可行。     

Combined reverse engineering and CAD approach for mould modelling in casting simulation

Casting process simulation is nowadays established as a strategic tool in process optimisation to improve product quality. However, sometimes the required three-dimensional mathematical model of the casting is not available, because the original drawings are not-up-to date and parts are subjected to design changes. In these cases, reverse engineering (RE) is the most suitable method to reconstruct the geometrical model of the casting. In this paper, a RE-based procedure is proposed to obtain the three-dimensional CAD model of a casting from its physical equipment. The proposed procedure involves four phases: pre-digitising, digitising of equipment parts, surface reconstruction, and three-dimensional CAD modelling. An aeronautical part fabricated by sand casting is selected as case study to verify the feasibility of this approach. Outcomes prove that the RE methodology is adequate to virtually reconstruct the geometry of each single part of the equipment as well as the whole geometry of the assembled mould.     

空心坯料反挤压省力成形方法及应用研究

采用主应力法与数值模拟相结合的方法,研究分析空心坯料反挤压成形力变化规律。结果表明,空心坯料反挤压在减少接触面积的同时,减小了接触面上的单位变形力,大幅度降低了挤压成形力。经在重型车辆铝合金轮辋成形中验证和应用表明,该方法可行,为底部带中心孔的大型薄壁筒形零件的成形,提供了新思路。     

Al-Cu-Mn合金大规格圆铸锭熔铸工艺研究

Al-Cu-Mn合金大规格圆铸锭铸造时易产生疏松、中心裂纹及化合物聚集等缺陷,合金中Mg、Zr含量控制困难。从炉子准备、炉料结构、化学成分控制、熔体净化、铸造工艺参数等方面提出了解决办法,分析了各种措施的机理。铸造质量分析结果证明,所采取的熔铸工艺是合理可行的。     

油井空心抽油杆杆头断裂失效分析

描述了空心抽油杆杆头的结构和断裂位置并对外观进行了检查,分析了其断口形貌、硬度、化学成分和显微组织,并结合该空心抽油杆的服役条件,对杆头的机加工质量进行了解剖分析。结果表明,滚压螺纹加工在非等壁厚圆柱面上时,在外界承载的作用下,相对壁厚较小处螺纹牙底成为疲劳裂纹源,形成疲劳断裂,为断裂失效的主要原因。针对该失效原因,提出了相应的改进方法。