铝合金拉伸试样金属型模具优化

设计了一种采用不同浇注系统的铝合金拉伸试样金属型模具,以减少铸件的缺陷、提升铸件的质量。利用Pro CAST对铸造过程进行模拟,对拉伸试样充型凝固过程中的各物理场进行分析,预测其铸造缺陷和二次枝晶臂间距。确定优化模具的合理性后进行实验验证。实验结果表明:优化模具能够有效阻止前沿含有氧化薄膜的金属熔体进入型腔;优化模具的扇形流道,使充型过程平稳,避免型腔内出现卷气现象;试样能够实现顺序凝固,成功消除试样中的缩松、缩孔缺陷;优化模具试样的二次枝晶臂间距为33. 2μm,抗拉强度为215 N·mm-2,屈服强度为173 N·mm-2,断后伸长率为4. 5%。优化后的模具能有效地减少拉伸试样中的铸造缺陷并减小二次枝晶臂间距,提升了拉伸试样的力学性能。     

铝合金车轮内轮缘伸长率性能研究

内轮缘伸长率性能是衡量铸造铝合金车轮品质的重要指标,也是铝合金车轮的技术攻关难点,内轮缘伸长率主要受此部位微观缩松和二次枝晶间距的影响。运用模拟分析软件对多种铸造条件下的内轮缘区域微观缩松情况和二次枝晶间距进行理论研究和DOE分析。结果表明:内轮缘是整个铝合金车轮上比较容易产生微观缩松的区域,同时也是二次枝晶间距数值相对较小的区域;铸造条件调整对内轮缘区域的微观缩松和二次枝晶间距影响往往是相反的,在解决实际问题时只有辨别影响其伸长率性能的主要影响因素,才能找到有效地调整措施。     

Numerical simulaton of cellular/dendritic transition and its growth during unidirectional solidificationin of Ti–Al alloy

采用基于溶质扩散控制模型CA方法对Ti44Al合金定向凝固初始阶段变速冷却过程中胞/枝晶转变过程进行了数值模拟.模拟结果表明,在胞/枝转变过程中,存在胞-枝混合生长区,在一些胞晶相邻面无二次枝晶生长.在给定的冷却速率下,枝晶臂间距大于胞晶臂间距;而在过渡区,枝晶间距达到最大.另外,晶核数量对柱状晶间距产生影响,随着植入晶核数量的增加,柱状晶间距非均匀化程度明显减小.出现过渡区的原因与枝晶生长所引起固/液界面前沿成分波动有关.模拟与实验结果吻合较好.     

冷却速度对铸件二次枝晶臂间距影响的模拟研究

设计了45#钢阶梯凝固试验并进行了有限元分析,研究了不同冷却速度对二次枝晶臂间距尺寸的影响。根据模拟结果拟合了冷却速度与二次枝晶臂间距经验公式,为判断铸件冷却温度、建立高温扩散退火预判机制、降低铸件偏析和避免裂纹的产生提供理论依据。     

铸造工艺参数和细化剂对K4169高温合金铸态组织的影响 II.枝晶组织及晶粒球化机理

铸造工艺参数和细化剂对K4169合金枝晶组织、元素偏析、夹杂及缩松有明显的影响,浇注温度越低,一次枝晶主轴长度和二次枝晶臂距就越小,在同一浇注温度下,化学法细晶试样的一次枝晶主轴长度较普通铸造试样的短,但二者的二次枝晶臂距没有明显差别,晶粒细化后,合金中主要元素Fe,Cr,Nb,Mo和Ti的偏析减轻,晶粒的形态由树枝晶向细晶组织中的粒状晶转变,对晶粒球化现象做了合理解释,微量细化剂的加入不会在铸件中形成夹杂,不会改变合金的相组成,在高的浇注温度下,细化剂使晶粒细化的同时,也使铸件中的缩松大大减少。     

基于AnyCasting球墨铸铁曲轴铸造工艺数值模拟及试验研究

基于AnyCasting铸造模拟软件对球铁曲轴铸造充型与凝固过程进行分析,预测铸造缩孔缩松可能出现的位置;为进一步验证模拟结果的准确性,对试制生产的曲轴进行解剖,采用着色腐蚀技术显示铸件缺陷处枝晶组织,使用SEM观察枝晶形貌,结合球墨铸铁凝固特点分析了球铁曲轴产生缩孔缩松的成因。结果表明:AnyCasting铸造模拟软件预测球铁曲轴缩孔缺陷具有一定的准确性,曲轴轴颈位置出现缩孔缩松的概率最大,这为进一步优化铸造工艺设计提供了参考依据。基于原工艺方案的分析结果,采取相应的优化措施以避免铸件中缩孔缩松缺陷。实践表明,改进后工艺方案应用于实际生产获得了高质量曲轴产品。     

铸造工艺参数和细化剂对K4169高温合金铸态组织的影响Ⅱ.枝晶组织及晶粒球化机理

铸造工艺参数和细化剂对K4169合金枝晶组织，元素偏析、夹杂及缩松有明显的影响。浇注温度越低，一次枝晶主轴长度和二次枝晶臂距就越小。在同一浇注温度下，化学法细晶试样的一次枝晶主轴长度较普通铸试样的短．但二者的二次枝晶臂距没有明显差别。晶粒细化后，合金中主要元素Fe,Cr,Nb,Mo和Ti的偏析减轻，晶粒的形态由树枝晶向细晶组织中的粒状晶转变。对晶粒球化现象做了合理解释。微量细化剂的加入不会在铸件中形成夹杂。不会改变合金的相组成。在高的浇注温度下，细化剂使晶粒细化的同时，也使铸件中的缩松大大减少。     

CCDZ50型转向架轴箱铸造工艺模拟

按照传统的铸造工艺设计方法初步确定出轴箱的铸造工艺方案，然后利用铸造模拟软件ProCAST对轴箱的充型、凝固过程的流场和温度场进行了模拟。通过计算机模拟得到了优化的轴箱铸造工艺方案，消除了缩孔、缩松缺陷。     

冷却速率对Mg-Gd-Y三元镁合金凝固组织影响的相场模拟

结合Mg-Gd-Y体系热、动力学模型,首次考虑冷却速率,建立了Mg-Gd-Y三元镁合金的相场模型。应用该模型模拟了GW103(Mg-1.69mol%Gd-1.32mol%Y)合金在不同冷却速率下的凝固组织微观形貌和成分分布。采用重力铸造法制备GW103合金并对其进行实验表征以验证相场模型。结果表明,GW103合金呈不发达枝晶形貌且一次枝晶臂具六次对称性,二次枝晶臂呈突起状且无更高次枝晶臂。在多晶粒相场模拟中,随着冷却速率的增加GW103微观组织细化,晶粒尺寸减小、一次枝晶臂变细、二次枝晶臂数目减少。较高的冷却速率加剧了Gd和Y在枝晶间的溶质富集现象,令成分分布更不均匀。     

Ti-Al合金定向凝固过程中胞/枝晶间距选择的计算机模拟

利用溶质扩散控制模型对Ti-Al合金定向凝固初始阶段变速冷却过程中胞/枝晶转变过程进行了数值模拟。在给定的冷却速率下,枝晶臂间距大于胞晶臂间距,而在过渡区,枝晶间距达到最大。另外,模拟结果也显示,晶核数量对柱状晶间距产生影响,随着植入晶核数量的增加,柱状晶间距非均匀化程度明显减小。出现过渡区的原因与枝晶生长所引起固/液界面前沿成分波动有关。模拟与试验结果吻合较好。     

抽拉速率对螺旋选晶器选晶行为和晶体取向演变的影响

采用宏观-微观耦合的元胞自动机（CAFE）方法,研究了不同抽拉速率对螺旋选晶器的选晶行为和晶体取向演变的影响,并通过实验对仿真结果进行了验证。结果表明：在相同的抽拉速率下,随着与激冷面距离的增大,枝晶数目逐渐减少,一次枝晶臂间距逐渐增大。随着抽拉速度由2 mm/min增加到8 mm/min,一次枝晶臂间距逐渐减小,枝晶茎数增加,枝晶间距逐渐减小,枝晶组织逐渐细化。在模拟过程中,在螺旋选择器启动块的3种抽拉速率下,固态组织的数量、面积和颜色都是相似的;在螺旋部分,在5 mm/min提取速率下晶体的微结构数量比其他2个提取速率下的少,并且面积更大,颜色更浅。从选晶器的晶粒组织演变和金相组织分析结果可以得出,中等抽拉速率（5 mm/min）下选晶器的选晶效率优于其他2种抽拉速率。     

Heat transfer and solidification microstructure evolution of continuously cast steel by non-steady physical simulation

The heat transfer and solidification microstructure evolution during continuous casting were experimentally studied in this work. A new approach to physically simulate the steel solidification behavior during continuous casting was developed. Six steel grades with different solidification mode were introduced to elucidate the carbon equivalent dependent mold heat flux, prior austenite grain size and secondary dendrite arm spacing. It is found that the non-steady mold heat fluxes in the experiment against time for all steel grades are comparative to that versus distance in practical continuous casting. Due to the occurrence of L→L+δ→δ+γ→γ transformation with the largest amount of volume contraction in hypo-peritectic steel, it shows the lowest mold heat flux among these six steel grades. It is also demonstrated from the solidification microstructure results that the prior austenite grain size and secondary dendrite arm spacing in the physical simulation are in good agreement with those in continuously cast strand. In addition, the steel with a higher temperature for the onset of δ→γ transformation reveals the larger prior austenite grains resulted from the higher grains growth rate in the post solidification process.     

铝合金凝固过程中传热系数的数值求解及二次枝晶间距预测

以A357合金为研究对象,利用反运算,即试验温度曲线与模拟冷却曲线有限元对比耦合的方法,计算了在空冷和水冷条件下铸件/铸型间传热系数与冷却时间的关系,获得了精确的边界条件。在此基础上,对合金凝固过程中的冷却行为以及二次枝晶间距的分布进行模拟,并与试验结果进行对比。结果表明二者相符合。     

冷铁对铝合金铸件二次枝晶间距的影响

研究了冷铁厚度、冷铁的有效作用距离、铸件二次枝晶间距以及铸件的模数之间的关系。结果表明,随着冷铁厚度的增加,试样的二次枝晶间距减小;试样的直径和冷铁的厚度显著影响冷铁的有效作用距离,随着试样直径的增加,必须相应增加冷铁的厚度。根据研究结果,绘制了铸件模数、铸件热节厚度及应加冷铁厚度之间的关系诺模图。还研究了冷铁厚度与局部凝固速度及铸件二次枝晶间距之间的关系,并给出了局部凝固速度及铸件二次枝晶间距之间关系的数学表达式,对于任何模数的A357合金铸件,只要合理控制其局部凝固速度,即可得到需要的二次枝晶间距。     

电渣熔铸速度对金属凝固组织的影响

采用移动传热边界法及CAFE法,模拟了在不同熔铸速度下铸锭晶粒的生长过程以及二次枝晶臂间距的分布,进而探讨了熔铸速度对铸件凝固质量的影响。结果发现,电渣熔铸过程中,金属熔池的形状决定了柱状晶的生长方向。随着熔铸速度的增加,生长方向与熔池上升方向之间的夹角也增大,这会造成铸件力学性能的降低。二次枝晶臂间距是决定铸件冶金质量的一个重要因素,其是铸件局部冷却速度的函数。随着熔化率的增加,二次枝晶臂间距减小,这有利于减小铸件中的晶内偏析及显微缩孔的产生,从而有利于提高铸件质量。熔铸速度是电渣熔铸过程的主要控制参数,对铸件凝固质量有很大的影响,太高或太低的熔铸速度均会造成铸件凝固质量的降低。     

金属型重力铸造铝合金缸盖关键部位二次枝晶间距研究

文章重点分析了同一生产条件下同一发动机缸盖的不同关键位置的二次枝晶间距值,其结果表明,缸盖的金属型铸造工艺是符合发动机性能设计要求的,探讨了二次枝晶间距与铸造工艺、产品性能设计要求之间的关系。分析了整个缸盖毛坯铸件的凝固顺序,从而推断铸造工艺的合理性。     

The Effect of Temperature Gradient and Primary Arm Tip Velocity on Secondary Dendrite Arm Spacing at Steady-state Conditions Solidification

A numerical procedure is presented by which the coarsening of secondary dendrite arms, during steady state solidification can be simulated. The numerical results are compared with experimental data obtained for binary Al-Cu alloys. Very good agreement of the measurements with the theoretical predictions is obtained for the spacing of secondary dendrite arms during solidification. Based on these results, a generally applicable function could be established for finally secondary dendrite arm spacing as a function of alloy composition, temperature gradient and primary arm tip velocity.     

熔体过热对AISI 304不锈钢亚快速凝固薄带组织的影响

采用水冷铜模薄带铸造方法研究了熔体过热对AISI 304不锈钢亚快速凝固薄带组织的影响.结果表明:AISI 304不锈钢亚快速凝固薄带由外层的胞状奥氏体组织、次外层的柱状铁素体枝晶组织和中心的等轴铁素体枝晶组织组成;随着熔体过热度增加,奥氏体胞晶间距和柱状铁素体二次枝晶间距随之增加,残余铁素体含量亦降低.过热度的增加降低了熔体过冷度和冷却速率,造成薄带凝固组织中枝晶间距的增加和残余铁素体含量的降低.     

浇注温度对双辊薄带凝固组织影响的模拟预测

在已建立的理论数学模型的基础上，以1Cr18Ni9Ti不锈钢为研究对象，模拟预测了在薄带厚度保持不变条件下浇注温度对薄带凝固组织中柱状晶区比例、柱状枝晶间距和取向度的影响规律。结果表明：随着浇注温度升高，1Cr18Ni9Ti不锈钢双辊薄带凝固组织中柱状晶区比例首先增大，然后又逐渐减小。而柱状枝晶取向度和枝晶间距则随着浇注温度的升高而减小，但在较高的浇注温度条件下，柱状枝晶问距在凝固结束时有突然增大的趋势。