双螺旋流变压铸AZ91D镁合金的研究

液态压铸是镁合金最主要的成形方式,但液态压铸件存在气孔等缺陷,限制了镁合金的进一步推广使用。介绍了采用双螺旋流变制浆技术,对镁合金AZ91D进行了流变压铸研究。首先,将镁合金AZ91D熔体浇入到双螺旋流变制浆机中,然后根据不同工艺参数制备流变镁合金浆料,待制浆结束后,将半固态浆料转移到压铸机内,制得半固态压铸件。采用Micro-Image Analysis&Process(MIAP)软件分析了双螺旋流变制浆工艺参数(搅拌温度、搅拌时间和转速)对镁合金AZ91D的初生相晶粒大小的影响,并研究了镁合金压铸成形性。结果表明:随着搅拌温度的降低,晶粒尺寸变化不是很大;随着搅拌时间延长,镁合金晶粒尺寸逐渐增大;随着搅拌速度的增加,镁合金平均晶粒尺寸减少。镁合金流变压铸件中的初生α相由搅拌中形成的球状晶及压铸过程中二次凝固形成的更为细小的球状晶组成。对比了普通压铸件与流变压铸件热处理后的力学性能,流变压铸件的力学性能得到大幅提高,其原因归结为铸态组织的细小和均匀化。     

铝、镁合金流变压铸成形技术及应用

流变压铸成形技术在提高铸件力学性能、减少内部缺陷方面具有明显的优势,是一种先进的材料成形工艺．文中重点介绍了作者近年来开发的铝、镁合金半固态浆料制备装置和技术,以及TBR、FCR流变压铸成形技术在应用方面的研究进展与取得的成果．采用模拟仿真技术,对比了流变浆料和液态金属的压铸充型行为,结果表明：流变压铸充型平稳,可以有效减少铸件的缩孔疏松缺陷．     

AZ91D镁合金流变压铸成形组织特征

以AZ91D镁合金建筑刮板为例,将自行开发的锥桶式流变成形机(TBR)与TOYOBD-900V4-T冷室压铸机相结合实现了流变压铸成形工艺过程.研究了不同流变成形工艺下压铸件的组织特征,分析了成形过程中浆料的组织形成机理及凝固行为.结果表明:该流变成形工艺可以获得内部组织细小、初生α-Mg晶粒呈近球形或球形且分布均匀的成形件.当内锥桶转速为700r.min-1时,压铸件内部组织较圆整、均匀,平均晶粒尺寸约45μm,形状因子约0.81.流变压铸过程中合金熔体的凝固主要经历了一次凝固和二次凝固两个阶段.     

优化铝合金铸造工艺的策略研究

双金属复合材料是国家新材料发展规划的优先项目,铸造是金属由高温液态到固态的材料成型过程,铝合金铸件在工业领域应用广泛,国内铸造铝合金主要采用低压及重力铸造,低压铸造工艺因成品率高得到广泛应用,但低压铸造铝合金铸件存在缩孔缺陷影响使用寿命。铝合金铸件生产中产生各种缺陷,铸造铝合金在铸态时组织较差性能较低,Al-Cu系合金凝固温度区间较宽容易产生热裂纹,需要研究优化铝合金铸造工艺技术,有效提升铸造生产水平保证产品质量。     

基于数值模拟的某皮带轮缺陷分析

本文针对现有皮带轮铸件的槽底处出现气孔等缺陷,通过采用铸造模拟分析软件对皮带轮的充型过程和凝固过程进行数值模拟,根据数值模拟结果对皮带轮进行缺陷分析。研究发现,皮带轮的充型过程不连续,皮带轮槽根部和槽表面均没有缩孔缩松缺陷存在,而在其中部存在缩孔缩松缺陷;皮带轮铸件槽底的周围形成气孔缺陷。研究表明,模拟分析结果与实际生产情况十分吻合,验证了数值模拟的可靠性,为工艺优化提供了依据。     

钢中缺陷及对机械制件的影响

机械零件的使用寿命与钢中缺陷有着密切的联系,且设备事故多数与钢中存在着不允许的缺陷有关。 1.缩孔与缩孔残余 铸件在冷却和凝固过程中,由于合金的液态收缩和凝固收缩的结果,往往使铸件在最后凝固的地方出现孔洞(容积大而集中的孔洞称为缩孔,细小而分散的孔洞称为缩松)。 铸件中也常常遇到蜂窝状缺陷,它的形状象蜂窝,主要出现在铸件的热节处或冒口下方,它由缩孔、气孔及夹渣组成。 对于重要的钢材或大型锻件大都使用镇静钢,浇注镇静钢的铸型除一部分采用敞口小钢锭外,绝大部分采用带保温帽的上大下小的,通常为四方形和多边形的铸型。镇静     

定锥衬板铸件的凝固数值模似

以某厂的定锥衬板铸件为例,系统介绍计算机凝固数值模拟的基本原理和方法.通过对定锥衬板原工艺方案的凝固过程温度场的数值模拟,预测其可能产生的缩孔、缩松缺陷及位置,然后提出铸件的改进工艺方案,再进行模拟计算、预测,得到较为满意的结果.     

镍基高温合金叶轮熔模铸造过程的数值模拟

采用有限元分析软件Pro CAST模拟了IN792合金在叶轮熔模铸造工艺中的充型凝固过程,分析了在充型凝固过程中缺陷形成的原因,分别探究了不同的浇铸速度、浇铸温度和型壳温度对凝固过程所产生缺陷的影响,通过正交试验的方法得到了最佳的工艺并对其充型凝固过程进行了分析。模拟结果表明:叶轮中存在缺陷,且缺陷主要集中在叶片薄壁处;叶片薄壁处缩松的数量随着浇铸速度的增加而增加,即减小浇铸速度可以得到质量较好的铸件;随着浇铸温度的提高,缩松逐渐减少,但是叶片上的缩松减少到一定程度后趋于平稳,说明浇铸温度对于缩松来说在一定范围内所产生的影响较小;型壳温度对铸件的缩松有很大的影响,随着型壳温度的增大,叶片上的缩松随之增加;最终得到了一套最佳的工艺方案:浇铸温度1420℃,浇铸速度0.8 m·s-1,型壳预热温度350℃;采用该工艺后,铸件中疏松数量明显减少,单个疏松尺寸明显缩小。     

7075铝合金流变压铸数值模拟及实验研究

7075铝合金强度接近钢铁,被认为是实现以铝代钢的首选材料,在汽车轻量化中发挥的作用越来越大。但是该合金铸造过程极易产生组织与成分不均匀等缺陷,采用普通铸造方法很难成形完好的铸件。开展了7075铝合金螺旋电磁搅拌制浆及流变压铸成形工艺研究,实现短流程和低成本。采用数值模拟和试验研究相结合的方法,首先采用Magmasoft软件对7075铝合金汽车连杆铸件的充型和凝固过程进行模拟优化,在此基础上进行了流变压铸试验研究。研究结果表明现有的计算模型能够很好地反映7075合金在不同压铸参数条件下的充型和凝固过程,压射速度3 m·s-1、模具温度150℃时可以获得无缺陷的铸件;用优化后的工艺参数进行7075铝合金连杆件流变压铸和普通压铸试验结果对比分析:流变压铸件显微组织细小均匀,平均晶粒尺寸为34μm;普通压铸件显微组织粗大不均匀,平均晶粒尺寸为59μm;与普通压铸件相比,流变压铸件合金元素(Zn,Mg,Cu)的成分偏析小,布氏硬度提高HB 19。     

舰船用大功率柴油机气缸套离心铸造工艺优化

采用ProCAST对K4169高温合金气缸套离心铸造过程进行相关模拟研究,分析浇注温度、离心转速、铸型温度等工艺参数变化对铸件凝固过程温度场及液面分布情况的影响,对铸造过程会产生的疏松缩孔等组织缺陷进行预测,计算模拟出模具外径56 mm、内径38 mm、长度500 mm的K4169离心铸管的最佳离心铸造工艺参数。采用此工艺参数能够明显改善离心铸造铸件凝固过程中的疏松缩孔等冶金缺陷,提高产品质量。     

模铸40t钢锭凝固过程温度场研究

随着模铸钢锭锭型的不断开发以及连铸产品对模铸小规格锭型的替代与延伸,为满足产品质量提升与成本优化,大规格钢锭逐渐发展成了关键的模铸锭型。但是,在模铸生产中,随着锭型的增大,更易于产生各类质量问题,诸如:成分偏析、表面缺陷、钢锭缩孔等。使用计算机数值模拟软件可以模拟钢液凝固过程的温度场与流场变化情况,并且可预测钢锭缩孔缺陷位置。研究表明,40 t钢锭的凝固过程是从外往内、由下向上顺序凝固,不仅冒口部位易于产生缩孔缺陷,而且锭身中心也存在缩孔倾向。在锭身中心的狭长液态金属区域内,此区域锥角小、上下传热不均,易产生缩松缺陷,通过数值模拟可有效预测并推断缺陷存在的位置及原因。实践证明,40 t锭型钢锭凝固及缩孔模拟与现场实际情况吻合,验证了40 t钢锭锭型设计的有效性与科学性。     

钛合金异形薄壁壳体铸造工艺数值模拟及优化

为解决钛合金精密铸造产品合格率低、试验优化周期长的问题,以某钛合金异形薄壁件为研究对象,采用逆向工程手段优化浇注系统设计。结合ProCAST有限元分析软件确定铸件缺陷分布位置,依据铸件缩松分布情况对铸造方案进行迭代优化,解决铸件承力板区域缩孔问题。根据优化结果进行生产验证,结果表明,钛合金铸件采用真空熔模铸造方案,铸件上、下端分别设置3处浇/冒口时,模拟结果显示铸件凝固过程整体温度分布合理,铸件中的缩孔均被优化剔除。该工艺方案可行性高,试制件无损检测结果与数值模拟结果吻合度高,铸件成形质量、冶金质量均达到预期效果。     

钛合金异形薄壁壳体铸造工艺数值模拟及优化

为解决钛合金精密铸造产品合格率低、试验优化周期长的问题,以某钛合金异形薄壁件为研究对象,采用逆向工程手段优化浇注系统设计。结合ProCAST有限元分析软件确定铸件缺陷分布位置,依据铸件缩松分布情况对铸造方案进行迭代优化,解决铸件承力板区域缩孔问题。根据优化结果进行生产验证,结果表明,钛合金铸件采用真空熔模铸造方案,铸件上、下端分别设置3处浇/冒口时,模拟结果显示铸件凝固过程整体温度分布合理,铸件中的缩孔均被优化剔除。该工艺方案可行性高,试制件无损检测结果与数值模拟结果吻合度高,铸件成形质量、冶金质量均达到预期效果。     

基于ProCAST的非牛顿流体压铸过程模拟

利用仿真模拟软件对金属的压铸过程进行数值模拟,可以代替传统的试模过程,大大降低了生产成本,并提高了成形件的质量。ProCAST软件提供了牛顿粘度模型和两种非线性粘度模型来描述金属的流动行为。利用非牛顿流体模型Carreau—Yasuda模型对非牛顿流体的压铸过程进行了数值模拟,研究了在充型过程中非牛顿流体的充型顺序,剪切速率和粘度的分布,并与牛顿流体进行了对比。结果表明：半固态金属浆料在充型过程中表现出很高的粘度,比传统的液态金属要高三个数量级以上,因此充型过程十分平稳,没有产生飞溅现象,从而减少了成形件裹气、夹杂的可能性;非牛顿流体在充型过程中各处的粘度是随着剪切速率的变化而变化的,表现出伪塑性流体特征;非牛顿流体的充型时间相比于液态金属增加很少,因此不会显著降低半固态金属的生产效率。     

CAE数值模拟在铸钢车轮件铸造中的应用

应用华铸CAE铸造工艺分析软件对铸件凝固过程进行数值模拟,通过计算机直接观察其充型与凝固过程,预测铸造缺陷的部位及其大小,根据缺陷优化调整工艺,制定出最佳工艺方案,生产出合格的铸件。     

喷射成形工艺的理论研究进展

喷射成形是人为地控制凝固条件,经过金属熔体的分散、飞行快速冷却、半固态凝固及锭坯进一步冷却等阶段,得到特殊的锭坯组织的成形过程。沉积锭坯组织是上述四个阶段金属熔体凝固的综合结果。近终形成形是喷射成形技术的另一特点,喷嘴形式、喷嘴数量、沉积器的形状与运动方式影响和决定沉积锭坯的外形。材料的凝固与成形受众多因素影响,很多工艺参数的作用规律尚不明确,因此喷射成形过程的模拟研究十分必要。笔者介绍了目前喷射成形工艺中所涉及的理论问题与相关模型。     

AZ91合金消失模铸造充型过程研究

利用电触点法研究TT艺参数对消失模铸造AZ91合金的流动形态和流动速度的影响．结果表明,AZ91合金熔液以凸弧形平稳地向前逐层置换泡沫,这是由于裂解产物在流动前沿尤其模样边缘处的大量堆积造成的．充型时间随浇注温度、真空度的提高而变短．充型过程中充型速度呈现交替变化．以熔融金属作为振子,熔体和泡沫模之间的气层作为弹簧建立弹簧一振子模型,可以诠释充型速度的交替变化．     

基于ProCAST软件优化压水堆核电站一回路弯管铸造工艺

利用ProCAST软件对压水堆核电站一回路90°弯管的充型和凝固过程进行了模拟.结果表明,浇注过程中金属液充型平稳,浇注系统设计符合顺序凝固原则.利用固相率法预测了弯管易出现缩孔缩松的位置,优化设计后获得了无缩孔缩松的弯管铸造工艺.研究表明,运用ProCAST软件有利于提高弯管铸件的工艺出品率.      

NS1402合金ESR 7.85t电极棒缩孔优化的数值模拟

NS1402合金(/%:0.01C,0.15Si,0.34Mn,0.004P,0.004S,22.33Cr,40.07Ni,3.22Mo,2.29Cu,0.87Ti,0.11Al,30.6Fe)7.85 t电渣重熔用40 t EAF+VOD冶炼的电极棒凝固收缩过程中容易产生严重的缩孔缺陷。借助商业软件CAD,GEOMESH和MeshCAST,建立了该电极棒的充型和凝固模型,得出模拟中心缩孔直径为248 mm,与实测值比较,相对误差为4.6%。结果表明,将电极棒倒置可以减小缩孔直径32.2%;随着绝热板长度的增加,缩孔减轻,将绝热板长度增加200 mm,可以基本消除冒口下的缩孔。     

镍基高温合金感应锭浇注过程的数值模拟研究

利用ProCAST软件对镍基高温合金感应锭的浇注过程进行了数值模拟研究,分析了铸锭充型与凝固过程温度场、固相率等的变化特征及其对铸锭缩孔的影响,探讨了铸锭缩孔缩松随浇注温度的变化规律。结果表明,镍基高温合金感应锭凝固过程中,在铸锭纵向方向上,铸锭上部合金温度低,下部合金温度高,铸锭未实现从底部到顶部(浇口)的顺序凝固,铸锭端部的“V”形一次缩孔较深。在充型阶段,浇注温度的变化对合金流动的最大速度及合金液面波动的影响较小;在凝固阶段,降低浇注温度减小了铸锭下部的高温区域,能在一定程度上减小铸锭端部的一次缩孔深度,但由于其未能使铸锭在纵向方向上实现顺序凝固,因此降低浇注温度并不能显著减小铸锭端部的一次缩孔深度。另外,浇注温度的变化对铸锭内部缩松的影响较小。