隔膜泵隔膜腔铸造仿真模拟分析

隔膜泵液力端关键件属于过流部件,过流面具有复杂的几何形状,液力端关键件铸造加工是最经济、有效的制造方法。由于隔膜泵液力端关键件几何形状复杂,在关键件的铸造过程中极易发生夹砂、缩孔等铸造缺陷。传统方法是根据经验,确定关键件铸造冒口位置,铸造完成后通过缺陷检测确定铸件铸造缺陷,然后改进铸造工艺,该方法周期长、成本高、同时无法提前预知铸造缺陷可能发生的位置。凝固过程是铸造工艺中最重要的环节之一,在铸件凝固过程中极易发生缩孔和缩松铸造缺陷。本文以隔膜泵隔膜腔为研究对象,利用先进的铸造仿真平台,对隔膜腔加冷铁情况下的纯凝固过程进行模拟,获得了隔膜腔纯凝固后的温度分布图和微缩孔缺陷分布图,通过分析缺陷位置,为隔膜腔铸造工艺改进提供理论数据和指导。     

柴油机铝合金活塞铸造工艺数值模拟研究

目的优化柴油机铝合金活塞的砂型重力铸造工艺。方法采用MAGMASOFT铸造仿真软件对ZL109铝合金活塞铸造工艺进行了仿真预测,分析了铸件充型凝固过程的速度场和温度场,并预测了缩孔、缩松等铸造缺陷,在此基础上优化了浇注系统和铸造工艺参数。结果铸件充型过程中内浇道金属液流速最高,液面沿铸件外壁平稳上升,整体充型过程平稳有序,铸件整体温度分布为从下到上依次降低;凝固过程铸件自下而上顺序凝固,但冒口部分凝固速度过快,导致铸件顶部和右上部出现缩松、缩孔缺陷;通过增设冒口、降低浇注速度等工艺措施后,实现了铸件的顺序凝固,补缩效果明显,铸件可能发生缩孔、缩松缺陷的位置已由顶部转至顶冒口和侧冒口等区域。结论利用铸造仿真软件预测铸件工艺上的缺陷,对铸造工艺进行优化及改进,能有效预防铸件缺陷的产生,提高铸件的工艺出品率,降低生产成本。     

铝(镁)合金消失模铸造近净成形技术研究进展

阐述了铝(镁)合金消失模铸造技术的研究现状,着重介绍了铝(镁)合金消失模铸造在金属液充型、振动凝固、压力凝固以及消失模壳型铸造等技术方面的最新研究进展。研究表明,铝(镁)合金在消失模铸造过程中,需重点解决针孔、缩松等缺陷,提高液态合金的充型能力和铸件的力学性能;通过采用振动凝固和压力凝固的手段,可以提高金属液充型能力、细化组织、提高组织致密性,明显提高铸件力学性能。真空低压消失模壳型铸造技术,可以解决普通消失模铸造易于出现的孔洞和夹杂等缺陷以及浇不足和浇注温度高等问题,是一种生产复杂薄壁高质量铝、镁合金精密铸件的新方法。     

高锌铝合金合金化和加工工艺的研究现状及发展趋势

高锌铝合金是指含锌量为10%～45%的铝基合金,具有耐磨性好、强度硬度高和阻尼性能优异等优点,被广泛应用于滑动轴承、轴瓦等耐磨件,是锡铜合金和锌铝耐磨合金良好的替代品。高锌铝合金作为耐磨合金替代锡铜合金不仅降低了工件的生产成本,而且弥补了我国锡铜金属资源匮乏的缺憾。但是,高锌铝合金也存在尺寸稳定性差、塑性低、抗蠕变性能和耐腐蚀性差等缺点。现阶段,高锌铝合金的强韧化机制主要有以下几个方面：(1)对高锌铝合金进行合金化处理,如在Al-Zn合金中添加Cu、Si、Mn、Ti、Er、Sc、Zr等元素。首先合金元素与基体结合形成硬质颗粒可以增加合金的强度硬度;其次,合金元素在凝固过程中可以作为异质形核中心,导致晶粒尺寸减小。(2)在凝固过程中提高冷却速度,采用压铸或挤压铸造的方法可以获得较快的冷却速度。凝固过程中较快的冷却速度有利于提高形核速率,并显著细化第二相与晶粒的尺寸。(3)对高锌铝合金进行塑性变形处理,如挤压、轧制等加工工艺可以消除合金的铸造缺陷、细化晶粒、增加位错密度,从而提高高锌铝合金的强度。本文综述了近年来国内外高锌铝合金显微组织和性能的研究现状及主要存在的问题,介绍了Zn、Cu、S...     

动态布流平面凝固铸造AA1070/AA7050合金

提出了一种新的用于大尺寸复层铸锭平面凝固铸造的布流系统,并使用软件FLUENT对铸造过程中分流方式对温度场的影响进行了模拟分析,模拟结果表明,使用动态布流时熔体温度的均匀性显著优于定口布流,因而可实现凝固时固/液界面在上升过程中保持平坦。使用动态布流平面凝固铸造方法实现了1070/7050大尺寸双层铝合金的铸造复合,铸造结果表明,复合铸锭中两种铝合金的界面清晰平直,无气孔夹杂等缺陷,实现了冶金结合并存在元素扩散层;7050侧金相组织均匀,厚度方向上无明显宏观偏析。     

铝合金汽车转向节精密铸造工艺研究

目的 对某铝合金汽车转向节的精密铸造工艺进行设计与优化研究,以得到合格的铝合金汽车转向节的精密铸造工艺方案。方法 结合铝合金转向节铸件的结构特征、铸件材料特性和铸造经验,在转向节铸件主体部和鹅颈部各开设一个内浇口,设计了铝合金转向节初始浇注方案;通过在初始工艺方案中铸件缺陷较严重的区域设置补缩冒口、在铸件顶部增设排气道等措施给出了铝合金汽车转向节的优化浇注方案,基于ProCAST软件建立了铝合金转向节精密铸造2种浇注方案的有限元模型,对铝合金转向节精密铸造的充型过程、凝固过程及缩孔缩松特性进行了数值模拟与分析。结果 铝合金转向节铸件初始浇注方案的充型过程相对稳定流畅,铸件在凝固过程中有孤立液相区的形成,完全凝固后铸件中间部位存在大面积缩松缩孔缺陷;优化浇注方案能够控制金属液的流动、充型顺序及凝固特性,铸件的整个凝固过程基本呈中间对称分布,最后凝固区域位于补缩冒口内部,最大缩孔缩松率控制在2%以下。结论 优化浇注方案的设计合理且有效,能够有效地消除铝合金转向节铸件的缺陷。     

ZG20SiMn铸钢摇臂壳体铸造过程数值仿真及工艺优化

摇臂壳体是采煤机的重要组成部件,具有多级壁厚、变截面等异形特征。为提高采煤机摇臂壳体铸造质量,解决因铸造工艺不成熟导致的缩松、缩孔等缺陷问题。以MG325型采煤机摇臂壳体为研究对象,设计顶注式和底注式两种铸造工艺方案,采用ProCAST软件探究不同浇注工艺方案下摇臂壳体铸件充型及凝固过程,分析铸件温度场、凝固场及缩松、缩孔铸造缺陷位置。基于Niyama判据和应力场分布对底注式铸造工艺方案进行优化。结果表明:优化后摇臂壳体铸件在凝固冷却过程中保持温度梯度递增,促进铸件实现顺序凝固,铸件缺陷率明显降低且充型效果更佳,缩孔体积仅占摇臂壳体体积的0.004 9%,电机孔薄壁端面应力优化量为38.47%,输出端孔处应力优化量达到91.08%。本文研究成果为采煤机摇臂壳体的铸造工艺提供了理论基础和数据支撑。     

半凝固加工工艺的研究开发动向

金属系材料性能的提高对近年来科学技术的惊人发展一直起着重要的作用。为了满足对金属系材料性能更高的要求,人们强烈希望研究开发新材料的制造技术。在这样的背景下,通过将铸造过程和热加工过程复合使用而形成的半凝固加工工艺,就是一种新颖的金属系材料制造技术。     

铸造Al-Cu合金凝固缺陷研究现状

铸造Al-Cu合金的凝固缺陷严重影响了铸件的性能,控制或消除凝固缺陷对提高铸件成品率有重大意义。综述了铸造Al-Cu合金在工程中出现的常见凝固缺陷,如偏析、热裂、显微疏松、缩孔等。重点分析了各类缺陷的形成机理与特点,从合金化、熔铸工艺、热处理工艺、数值模拟等角度提出了减少铸造Al-Cu合金凝固缺陷的方法。     

发动机活塞裙铸造过程模拟及工艺优化

目的优化发动机活塞裙铸件铸造工艺。方法采用UG等软件设计活塞裙铸件浇注系统以及采用MAGMA铸造仿真软件对铸造工艺进行仿真预测,分析铸件凝固温度场,预测缩孔、疏松等铸造缺陷,进一步优化铸造工艺。结果铸件整体上实现了自下而上的顺序凝固,虽然通过冒口获得了一定程度的补缩,但凝固温度梯度不明显,冒口疏松缺陷依然延伸至铸件上端面。通过合理设置冷铁,增加冒口和内浇口数量,从而实现铸件顺序凝固,使补缩效果更为明显,可有效降低缩孔、疏松缺陷。结论采用MAGMA铸造仿真软件分析凝固过程并预测缺陷,通过改进和优化工艺,可以有效预防活塞裙铸件缺陷的产生,提高铸件合格率。     

差压铸造薄壁铝硅合金铸件的位置效应

采用差压铸造工艺,研究垂直缝隙式浇注系统浇注的铝合金硅铸件不同位置的组织和力学性能变化.采用石英砂型、SiC砂型和冷铁,浇口处铸件的晶粒最细小,致密度高、力学性能最好;铸件冷端的组织和性能次之;位于两者之间的铸件的组织和性能最差.分析表明对于具有垂直缝隙式浇注系统,差压铸造凝固压力对金属的凝固作用具有位置效应,浇口处液态金属温度高,凝固时间长,凝固压力对浇口处金属的凝固作用显著;铸件冷端金属凝固时间短,凝固压力对该处金属的凝固作用不显著,铸型的冷却速度对铸件组织和性能的影响起显著作用.浇口处与冷端之间的金属液体的凝固受压力和冷却速度的影响小,铸件的晶粒尺寸最大、密度最小、性能最低.冷却速度提高,铸件的任意位置的组织和性能都相应得到提高.     

电磁搅拌作用下CoCrMo合金熔模铸件凝固细晶研究

目的 研究电磁搅拌对CoCrMo合金熔模铸件晶粒尺寸的影响,解决熔模铸造CoCrMo合金铸件晶粒粗大的问题。方法 将CoCrMo合金熔化后,在其凝固过程中分别施加不同工艺参数的电磁搅拌,并对其凝固后的组织进行表征分析。同时,采用有限元法对电磁搅拌在金属熔体中的电磁场和流场进行数值模拟。结果 在不同的电磁搅拌参数下,CoCrMo合金铸件凝固组织出现了不同程度的细晶效果,浇道处的细晶效果优于铸件试棒处的。铸件试棒处的晶粒尺寸最小能控制在1 mm以下,等轴晶率最高能提升至31%。数值模拟结果表明,在电磁搅拌过程中,铸件试棒的磁场、电流和洛伦兹力都呈周期性变化,铸件试棒内部的流速随搅拌时间的延长而增大,最后趋于稳定。结论 电磁搅拌对CoCrMo合金的凝固组织产生了明显的细化效果,促进了柱状晶向等轴晶转变。电磁搅拌的时间越长,铸件凝固组织的细化效果越好,铸件厚大部位的细晶效果越显著。结合实验结果和数值模拟结果发现,在电磁搅拌过程中,熔体流动引发枝晶断裂是晶粒细化的主要原因,而电磁场促进异质形核为次要原因。     

基于数值模拟的大型复杂灰铁铸件工艺设计

为防止某大型复杂铸件产生缩孔缺陷并降低铸造成本,采用数值模拟方法对其铸造工艺参数进行定量化设计.应用Pro CAST软件对铸件进行凝固分析,通过提取凝固结果中的各参数(温度场、固相温度的密度、焓变化等)对模数进行求解,定量得到铸件的高模数分布区域,而后通过分析模数分布区域并结合均衡凝固理论设计了冒口、冷铁与浇注系统,运用Pro CAST软件对铸件的充型及凝固过程进行模拟.研究表明:该大型铸件应采用底注式浇注系统为宜,对铸件中部与底部模数达到2.5 cm的热节处采用冷铁和铬铁矿砂处理热节,对铸件顶部模数达到2.5 cm的部位采用飞边冒口进行补缩;提取凝固模拟结果中热节处的平均模数和金属液体积,即可对冒口尺寸进行定量化设计;通过观察模拟结果中浇口杯金属液水平高度的变化,可得出浇注系统进行液态补缩的时段.     

A Decoupling Control Model on Perturbation Method for Twin-Roll Casting Magnesium Alloy Sheet

To better understand the twin-roll casting process,based on the analysis of the solidification phenomenon,the geometry shape of the molten metal pool,the continuity of metal and the balance of energy and momentum,five critical partial equations were established separately including the equations of pool level,solidification process,roll separating force,roll gap and casting speed.Meanwhile,to obtain a uniform sheet thickness and keep a constant roll separating force,a decoupling control model was built on the perturbation method to eliminate the interference of process parameters.The simulation results show that the control model is valuable to quickly and accurately determine the control parameters.Moreover,Mg alloy sheets with high quality were cast by applying this model.     

离心铸造梯度功能材料的研究现状

虽然梯度功能材料的制备方法很多,但效率较高、成本较低、操作较简单的方法是离心铸造法。本文对离心铸造法制备梯度功能材料的发展过程、研究现状及今后研究的方向进行了综合评述。作者认为尽管目前离心铸造梯度功能材料已取得了一系列研究成果,但仍属于技术探索和经验积累的起步阶段,在离心力场中强化相的梯度分布理论、强化相在金属液凝固过程中的行为等很多方面尚有待于进行深入的研究。     

离心渗铸金属铝熔液的瞬态固化与再熔

通过分析离心力场中金属铝熔液在Al2O3短纤维多孔介质内的渗流传热，考虑了离心惯性力对铝熔液的瞬态固化与再熔的影响，建立了旋转多孔介质内的渗流传热理论模型．研究了复合管铸造工艺中不同工况下液固共融区的长度和固化率的瞬态变化规律以及流场压损的分布规律．结果表明：在Al2O3颗粒的预热温度低于铝熔化温度的条件下，当渗透前沿达到一定深度时出现液固共融，随后液固共融区随渗透过程而增长，固化率逐渐提高．随着孔隙率的减小，液固共融区的长度和固化率增大，出现共熔现象的固化率降低，复合层能达到的最大厚度减小．而随着转速的减小，液固共融区长度缩短，共熔区内的固化率水乎提高，出现共熔现象的固化率增大，复合层能达到的最大厚度减小。     

Dynamical Solidification Behaviors and Metal Flow during Continuous Semisolid Extrusion Process of AZ31 Alloy

In this paper, a novel near-net-shape forming process, continuous semisolid extrusion process (CSEP) of AZ31alloy was proposed, and the dynamical solidification behaviors and metal flow during the process were firstly investigated.During casting AZ31 alloy by this process, non-uniform microstructure distributions and nonequilibrium solidification region near the roll surface were found in the roll-shoe gap.Microstructural evolution from dendrite to rosette and spherical grains was observed during the casting by CSEP.Casting temperature,roll-shoe gap width and cooling ability have great effect on casting process and metal flow, so these factors should be carefully controlled, a proper casting temperature of 710-750℃ is suggested.The white a phases were strongly stretched during the processing, and the remnant liquids are correspondingly distributes along the solid phase boundaries and also show stripped lines.     

Simulation study on horizontal continuous casting process of copper hollow billet under rotating electromagnetic stirring Part 2—effects of electromagnetic and casting parameters on solidification process

The comprehensive three-dimensional mathematical model proposed in Part 1 is used to investigate the effect of rotating electromagnetic stirring on the solidification process of copper hollow billet during horizontal continuous casting. In this part, the model is used to investigate the effects of electromagnetic parameters and casting speed on the electromagnetic field, temperature field, fluid flow and solidification during the horizontal continuous casting with rotating electromagnetic stirring. The results show that electromagnetic frequency, current intensity and casting speed have significant influence on the tangential velocity, temperature gradient, liquid fraction and sump depth.     

SCM435钢大方坯凝固过程组织的模拟

为了模拟不同冷却状态下的连铸坯的凝固组织,利用反算确定了SCM435钢325 mm×280 mm连铸坯的换热系数,采用有限元法模拟了连铸传热过程,获得了连铸坯的温度场及冷却速率,在此基础上与元胞自动机耦合模拟了连铸坯的凝固组织.研究发现,表面细晶区很大,且在连铸结晶器中完成形核并长大形成,而柱状晶开始形核于结晶器末端.降低形核数,晶粒密度、最大晶粒面积、平均半径存在不同程度的改变,其中晶粒的最大截面积增加了2.7倍,而微调成分对晶粒密度与平均半径影响较小,但同样凝固条件下晶粒不均匀程度有所加剧.