基于凝固过程数值模拟的水轮机下环件微裂纹成因分析

针对某重型设备公司铸造的下环铸件出现的类似微裂纹的铸造缺陷,采用数值模拟方法,从凝固过程热应力角度对缺陷产生的原因进行了分析.利用ANSYS软件计算了下环件凝固过程中的三维应力场.根据热裂形成机理,提出了适当的热裂倾向性预测方法,重点考察了铸件凝固过程中准固相区的受力情况,从而确定热裂倾向性严重的区域.模拟结果与铸件中实际的缺陷分布状况相吻合.分析了缺陷产生的原因,提出了工艺优化措施.     

大型轧钢机机架凝固过程温度场应力场模拟分析

采用FDM/FEM集成分析系统,对152 t轧钢机机架凝固过程中的温度场和应力场进行了模拟计算;根据温度场计算显示了机架凝固过程中补缩通道变化情况。机架应力场模拟包括铸件凝固、冷却及落砂后冷却整个过程。以凝固过程中准固相区的等效应力与强度的比值分布规律为依据,对该铸件的热裂倾向性进行了预测,给出了危险区的位置。还给出了机架的残余应力和变形。模拟结果与实际生产情况较为吻合。     

K418合金车用增压涡轮热裂倾向性分析及预测

为解决K418合金用于浇注车用增压涡轮时出现的热裂问题,采用有限元模拟软件ProCAST的热弹塑性模型,对不同浇注工艺下K418合金车用增压涡轮的充型和凝固过程进行模拟,通过对温度场、固相分数和应力场模拟结果的分析,预测热裂缺陷的形成倾向,模拟结果与实际情况基本吻合。分析结果表明,涡轮叶稍处产生热裂的根本原因是凝固过程中产生了拉应力,应力值越大,铸件处于热裂敏感区的时间越长,热裂倾向性越大;采用较高的模壳温度和较低的浇注温度有利于降低铸件的热裂倾向。     

大平板类铝合金壳体铸件铸造工艺优化与设计

针对大平板类铝合金壳体铸件的外形尺寸大、结构复杂等特点，通过三维温度场数值模拟来揭示铸件的凝固过程。根据准固态力学行为和流变行为，进行应力场模拟，进而预测铸件在凝固过程中产生缩松、缩孔以及热裂和变形等倾向，合理地实现了铸件的铸造工艺优化设计。     

K403镍基高温合金圆形平板铸件热裂倾向分析及解决措施

针对K403镍基高温合金圆形平板铸件出现的热裂现象,采用有限元模拟软件ProCAST对不同浇注温度下铸件的凝固过程进行对比分析,结合模拟结果对热裂进行预测,并与工艺试验结果对比。结果表明:当浇注温度为1 500℃时,铸件与冒口部位结合处形成最大应力值为61 MPa;当浇注温度1 450℃时最大应力值为39 MPa。实际浇注过程中浇注温度1 500℃条件下产生热裂,而浇注温度1 450℃时未见热裂纹产生。     

ZL205A铝合金线状偏析的形成机理及判据(英文)

采用实验和数值模拟方法,对ZL205A铝合金筒形壳体铸件在低压铸造时出现的线状偏析的形成机理及预测模型进行研究。利用数值模拟技术对该铸件在凝固期间的传热进行分析,通过大量实际低压铸造获得ZL205A合金铸件中产生的线状偏析信息、铸件低压铸造过程的温度场以及线状偏析形成部位凝固参数的变化规律,提出了ZL205A合金低压铸造过程线状偏析的形成机理和判据。研究表明,ZL205A合金铸件的线状偏析是由于铸件在凝固后期,浇注系统尚能进行补缩,此时铸件局部形成热裂,高浓度的溶质在补缩压力的作用下对该热裂填充而最终在该部位形成线状偏析。根据分析得出形成机理,得到消除线状偏析的工艺控制方法。采用线状偏析判据对其它铸件的线状偏析进行模拟预测,预测结果与实际浇注结果的对比表明,该判据能够较为准确地预测ZL205A合金筒形壳体铸件的线状偏析位置。     

基于FDM/FEM联合的铸件凝固过程热应力数值模拟的研究

为了模拟铸件凝固过程的热应力场，开发了基于华铸CAE（FDM）和ANSYS（FEM）联合的铸件凝固过程热应力场数值模拟集成系统，并计算了应力框试件的应力和位移。应力框的变形模拟与公认结果符合较好，实现了FDM／FEM联合进行铸件凝固过程的热应力数值模拟，为进一步模拟分析热应力和进行热裂预测奠定了一定的基础。     

高硅铝合金Al-20Si-xCu热裂行为及其机理

本文研究了Al-20Si-xCu系列合金的凝固过程和热裂行为。采用差热分析法(DTA)对凝固过程进行了分析,用自制的T形模具对其热裂行为进行了研究,并用Clyne和Davis模型对三元合金热裂敏感性进行了预测。结果表明：用裂纹敏感性系数(CSC)预测的合金热裂敏感性趋势与Al-20Si-xCu系列合金的实验结果一致,合金的热裂敏感性(Hot tearing sensitivity,HTS)大小顺序为Al-20Si-3Cu>Al-20Si-4Cu>Al-20Si-2Cu>Al-20Si-1Cu。同时,运用ProCAST模拟软件采用基于有限元(FEM)的数值计算和综合求解的方法,对合金铸件充型、凝固和冷却过程进行模拟,预测合金浇注过程产生的热裂应力以及热裂指标(HTI)等参数,其数值模拟结果与实验结果吻合较好。     

铸件凝固过程的温度场模拟及缩孔、变形和热裂缺陷的预测

本文以板锤铸件凝固过程温度场变化为研究对象，通过有限单元法，对铸件温度场进行模拟。基于模拟结果，采用温度曲线法和温度梯度法对铸件的缩孔进行预测，并结合温度—应力偶合对铸件的热变形和热裂缺陷进行预测。研究结果表明：对缺陷的预测情况与该产品实际生产结果完全相符，所以该数值模拟CAX技术在实际生产中完全可行。     

镁合金薄壳压铸件充型凝固与热应力数值分析

以镁合金航空仪表壳为例,建立三维模型和有限差分模型,通过数值模拟镁合金薄壳在高压铸造过程中的充型温度场、凝固过程温度场及凝固过程应力场。分析模拟结果发现:在压铸过程中铸件局部温降梯度大的部分容易引起凝固过程的不一致,导致铸件局部应力过大,加大铸件的热裂倾向,通过分析结果预测铸件裂纹发生的区域,预测结果与实际情况吻合,并对原工艺提出相应的改进措施。     

铸件热裂缺陷预测及其工艺优化

以解决铸件热裂为目的，以生产中遇到的典型铸件为例，利用ProCAST铸造模拟软件，对不同铸件结构和不同浇注工艺条件下的铸件热裂缺陷形成倾向进行了系统研究，得到了优化后的铸件结构和铸造工艺，并进行了生产验证，其结果基本吻合。     

大规格7050铝合金圆锭熔铸工艺参数优化的数值模拟

采用某铝业公司提供的铸造工艺参数,基于温度场、应力场和流场三场的耦合系统研究了铸造工艺参数设置对熔铸过程的影响。结果显示,铸造速度对应力场影响非常大,而铸造温度、水流量对应力场的影响则不太明显。针对800 mm铸锭热裂问题,通过数值模拟对原工艺参数进行了优化。     

Design and application of a multichannel “cross” hot tearing tendency device: A study on hot tearing tendency of Al alloys

Hot tearing is one of the most serious defects during the casting solidification process. In this study, a new type of multichannel “cross” hot tearing device was designed. The hot cracks initiation and propagation were predicted by the relationship between temperature, shrinkage force and solidification time during the casting solidification process. The reliability and practicability of the multichannel “cross” hot tearing device were verified by casting experiments and numerical simulations. The theoretical calculation based on Clyne-Davies model and numerical simulation results show that the hot tearing tendency decreases in the order: 2024 Al alloy>Al-Cu alloy>Al-Si alloy at a pouring temperature of 670 °C and a mold temperature of 25 °C. Feeding of liquid films at the end of solidification plays an important role in the propagation process of hot tearing. The decrease of hot tearing tendency is attributed to the feeding of liquid film and intergranular bridging.

     

Ni3Al基合金薄壁件精铸工艺对热裂缺陷的影响及其数值模拟

研究了精铸工艺参数对Ni3Al基合金薄壁件热裂缺陷的影响,并运用铸造模拟软件对精铸过程的温度场、应力场进行了模拟,分析了薄壁精铸件热裂产生的机理。研究结果表明,铸件充型的先后顺序是薄壁型零件产生热裂缺陷的主要因素,优化浇注系统并改进浇注工艺参数能消除热裂缺陷的发生,从而提高薄壁件的铸造质量。     

铸钢件准固态区域应力,应变数值模拟及热裂机制

对ＺＧ４５实验热裂试棒的数种工况进行了应力－应变的数值模拟，对热裂形成机制进行了讨论。研究认为：热裂起源于Ｂｉｎｇｈａｍ体，是塑性变形超过Ｂｉｎｇｈａｍ体塑性储备值所致。     

Hot tearing studies in AA5182

One of the major problems during direct chill (DC) casting is hot tearing. These tears initiate during solidification of the alloy and may run through the entire ingot. To study the hot tearing mechanism, tensile tests were carried out in semisolid state and at low strain rates, and crack propagation was studied in situ by scanning electron microscopy (SEM). These experimentally induced cracks were compared with hot tears developed in an AA5182 ingot during a casting trial in an industrial research facility. Similarities in the microstructure of the tensile test specimens and the hot tears indicate that hot tearing can be simulated by performing tensile tests at semisolid temperatures. The experimental data were compared with existing hot tearing models and it was concluded that the latter are restricted to relatively high liquid fractions because they do not take into account the existence of solid bridges in the crack.     

K418合金车用增压涡轮熔模铸造过程数值模拟及热裂预测

针对K418合金车用增压涡轮铸件极易出现热裂缺陷的现象,结合工厂实际生产条件,应用ProCAST铸造模拟软件对K418合金车用增压涡轮的充型过程、凝固时间以及凝固过程中的温度场、缩孔缩松形成过程和应力场进行了模拟。基于分析的结果,预测了涡轮中存在的热裂缺陷,模拟结果与实际生产情况吻合良好。分析结果表明,涡轮叶梢处容易产生热裂纹的主要原因是凝固过程中热应力不均引起的。     

拉力在铸造铝硅合金热裂形成过程中的作用

利用A356合金研究拉力在热裂的形成及其断裂行为中的作用。利用一个新型的实验装置进行相关实验研究。该实验装置能够同时测量并采集受限试样在凝固过程中施加的拉力和温度的数据。这些数据可以用来研究热裂的萌生和扩展。研究了在不同加载速度下,固相率的演变和热裂的形成之间的定量关系。由实验结果可知,施加的拉力在热裂萌生初期起着复杂的作用。在合金凝固过程中,随着固相率的不断增加,拉力会逐渐增大直至最大值,然后急剧下降,此时试样出现裂纹并在拉力的持续作用下产生断裂。对于A356合金,产生早高温下产生断裂的临界应力是0．1MPa。由热裂纹的断口形貌可知,在凝固末期形成的晶间搭桥和液膜褶皱对热裂的形成起重要的作用。