砂型低压铸造铸件充型及凝固过程的研究

采用低压铸造法浇注了壁厚为10mm与25mm的ZL114A平板件,通过测定其温度场研究了低压铸造条件下铸件的充型与凝固特点。结果表明,对于25mm平板件,凝固过程中板内从升液管口至铸件远端形成了较大的温度梯度,能够实现典型的顺序凝固,压力通过升液管可始终作用于凝固补缩过程;对于10mm平板件,其凝固速度较快,铸件整体倾向于同时凝固,补缩主要通过浇注系统在局部位置进行。对于10mm与25mm平板件,40mm/s的充型速度均能实现平稳充型与顺序充填。     

ZL205A支臂重力铸造工艺研究

某机载电子设备支臂铸件选用ZL205A合金,结合支臂铸件结构特性及合金工艺性能,选用树脂砂重力铸造工艺。借助ProCAST软件对ZL205A支臂铸件流场、温度场与固相率进行了仿真计算优化,确定了最佳工艺参数,实现了支臂铸件自外向内与自下而上的顺序凝固,研制出了ZL205A支臂铸件。经T6热处理,ZL205A支臂铸件肋板本体剖切平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为485 MPa、430 MPa与7.8%。     

ZL205A铝合金斜楔铸件凝固工艺研究

在某型号运载机车斜楔件研制中选用ZL205A铝合金。根据铸件结构特征与ZL205A合金工艺性能分析,实验选用了重力浇注工艺。借助华铸CAE有限差分软件完成了充型流动场与凝固温度场的仿真与分析,优化了工艺设计参数,实现了斜楔铸件自下而上与自外向内的顺序凝固,提高了凝固的冶金质量,研制出了满足技术指标的ZL205A斜楔铸件。经T6热处理后ZL205A斜楔铸件本体试样平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为542 MPa、455 MPa与7.2%,断裂机制为典型的韧窝断裂。     

熔模铸造薄壁复杂锥形壳体的重力充型工艺

某薄壁复杂锥形壳体铸件选用ZL205A合金,结合其凝固特性与壳体铸件结构成形性分析,采用熔模铸造,底注式重力充型。借助FEM有限元仿真计算,分析了凝固充型场、温度场与固相析出分布场。结果表明,底注式重力充型工艺,锥形壳体铸件总充型时间为21s,完全凝固冷却与固相析出时间分别为374s与424s,同时实现了锥形壳体铸件自下而上的顺序凝固;铸态与T5热处理态的平均晶粒尺寸分别为112μm与94μm,中间肋板区域本体试样T5热处理态的平均抗拉强度、屈服强度、伸长率与硬度(HBS)分别为453 MPa、400 MPa、8.9%与114,满足了设计技术指标。     

ZL205A铝合金乘用车转向节凝固工艺设计优化分析

近年来,随着轨道交通行业一体化轻量设计的推广,铝合金已成为首选材料。本文针对ZL205A铝合金转向节铸件设计了两种不同的凝固工艺,借助FEM数值仿真完成了不同成型工艺下充型流动场与凝固固相场的对比分析。结果表明:与自由充型相比,采用低压成型工艺合金熔体充型平稳,实现了自上而下与自内向外的顺序凝固,工艺出品率由54%增至68%;经T6热处理后铸件本体试样平均抗拉强度、屈服强度、伸长率与布氏硬度分别达到了521MPa、455 MPa、8.1%、146 HBS。     

反重力铸造对ZL205A合金充型性能及凝固组织的影响

以“⊥”型和棒状试样为例,研究了反重力条件下,铸造工艺参数对ZL205A合金铸件充型性能和凝固组织的影响。结果表明,对于平均壁厚小于3 mm的薄壁铸件,由于差压铸造充型过程比低压铸造平稳,所以铸件成形更好,但无法成形尖角结构;提高浇注温度或铸型预热温度,均能使差压铸造薄壁ZL205A合金铸件的充型性能得到改善,且提高浇注温度效果更明显。与低压铸造相比,差压铸造可显著细化ZL205A合金晶粒度,适当提高浇注温度与铸型温度,均能进一步细化晶粒,且提高浇注温度使晶粒细化效果更显著。对于有一定截面厚度的ZL205A合金铸件,差压铸造时,当截面厚度超过一定量时,充型性能受铸型温度及浇注系统设计的影响较小,提高铸型温度,铸件产生孔洞类缺陷的几率显著增加。     

ZL205A副车架结构设计与成形工艺仿真优化

对ZL205A铝合金副车架结构与工艺设计进行分析,借助FDM与FEM模拟完成了凝固过程充型场、温度场与应力应变场的仿真计算分析。通过工艺预留孔位置、尺寸结构优化与T5热处理工艺参数优化,确定了副车架铸件的自由充型工艺方案。结果表明,副车架铸件实现了平稳充型与自内向外的顺序凝固,凝固热应力峰值为47.17 MPa,经T5热处理后本体试样的平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为510 MPa、402 MPa与6.8%,满足了技术指标要求。     

数值模拟在铝铜合金低压铸造工艺中的应用

以某厚大ZL205A合金铸件为例,采用数值模拟的方法对铸件低压铸造工艺中充型和凝固过程进行模拟,分析了充型及凝固过程中温度场的变化,并按模拟结果进行了生产,结果获得了优质的铸件。     

铸铝ZL205A石膏型低压铸造工艺计算机模拟

利用View Cast软件对某低压石膏型ZL205A铸件铸造过程进行了计算机模拟,获得了铸件充型、凝固过程温度随时间变化的分布图,并对可能产生缩孔、缩松缺陷的位置进行了预测.模拟结果显示,低压铸造充型过程中降温不明显,而熔液流经大截面时产生速度降;凝固过程中,熔体自顶向下形成逐层递增的温度梯度,利于熔体补缩.模拟结果与实际生产情况吻合较好.     

ZL114A基座铸件铸造工艺设计与力学性能研究

应用于某战术导弹构件的ZL114A基座铸件选用开放式浇注系统与米字型横浇道结构设计,在低压充型下通过增设冷铁实现了自下而上的平稳充型与自上而下的顺序凝固,选择14 h的落砂开箱时间,基座铸件最大尺寸正偏差仅为0.7 mm,最大尺寸负偏差仅为-0.8 mm。经二次固溶T6热处理与低温稳定化后,合金材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率与布氏硬度分别为340.7 MPa、265.7 MPa、7.8%与HBS94,晶界处的Mg_2Si强化相与球状Si相平均尺寸更加细小,分布更为均匀弥散,断裂机制为韧窝断裂与沿晶断裂。     

铸造工艺对ZL205A大型回转体铸件偏析缺陷的影响

ZL205A合金大型回转体铸件的偏析缺陷严重影响了其使用性能。采用ProCAST软件,对不同浇注工艺下的回转体铸件浇注充型过程和凝固过程温度场分布进行了模拟,并将优化工艺在回转体铸件生产中进行了验证。结果表明,低压铸造浇注系统中立筒直径为80mm,缝隙长度为35mm,缝隙宽度为25mm时为最佳,可有效降低铸件凝固时的温度梯度,实现顺序凝固,有效改善铸件的偏析缺陷。     

紫铜结晶器低压铸造充型与凝固过程的数值模拟

采用Pro/E三维软件设计了紫铜结晶器低压铸造模型,采用ProCAST软件对它进行了充型与凝固模拟。结果表明:当充型压力为0.06 MPa、充型速度为70~80 mm/s,结壳时间为25 s,增压压力为0.08 MPa,保压时间为120s,浇注温度为1150℃,铸型温度为150~200℃时,铸件质量无缩孔、缩松等铸造缺陷,数值模拟结果与实际铸件吻合,确保了紫铜结晶器在低压铸造过程中的铸件质量。     

ZL204A靴座铸件成形工艺设计

铝铜系合金材料经T6热处理后具有较高的力学性能与加工性能,可作为中等载荷承力构件用于航空航天与兵工电子等军工装备领域。选用开放式浇注系统设计,结合HT100冷铁布置与冒口补缩,实现了ZL204A靴座铸件的平稳充型与自下而上和自外向内的顺序凝固;金属铜管/树脂砂复合型芯材料提高了空腔结构型芯的整体刚度,排气孔的布置提高了型芯的透气性,实现了靴座铸件HB610—2004 CT8级的尺寸精度控制。ZL204A靴座铸件T6态本体试样平均抗拉强度、屈服强度、伸长率与布氏硬度分别为467.3 MPa、368.8 MPa、8.1%与HBS85,铸态组织断口以沿晶断裂为主,T6态组织断裂机制为韧窝断裂,沿晶界均匀分布的Al2Cu时效强化相长度为100 nm,宽度约为12~18 nm。     

大型环类铝合金铸件结构与工艺设计

以大型环类铝合金铸件为研究对象,通过铸件结构优化设计、合金体系选择与凝固收缩率参数优化,结合FDM/FEM数值仿真工艺,优化完成了环类铸件浇注系统的优化设计;采用分级熔炼与精炼除气工艺,氧化夹渣密度由(12~15)个/cm~2降至(2~3)个/cm~2,平均直径由2.6mm减至0.4mm;选用复合晶粒细化剂后晶粒尺寸由176μm降至68μm,合金的抗拉强度提高8%~10%,伸长率增加约60%;基于多级固溶时效热处理ZL114A合金的抗拉强度、屈服强度与伸长率分别达到了360 MPa、310 MPa与8.2%,ZL205A合金对应力学性能分别为520 MPa、460 MPa与7.4%,断口均为典型韧窝断裂。经深冷处理后,环类铸件内部残余应力峰值可由140~250 MPa降至50~105 MPa,高向与径向加工精度可提高约180%,合金T6态抗拉强度提高约20~30 MPa,伸长率提升2%~3.5%。     

ZL114A合金卫星接收器面罩铸件的研制

采用树脂砂重力浇注工艺铸造了ZL114A合金卫星接收器面罩。基于ProCAST软件,根据该铸件的结构特点,设计了铸造工艺,对其充型流场、凝固温度场与固相场进行了模拟分析和优化,实现了ZL114A接收器面罩铸件的平稳充型,形成了自下而上、自外向内的凝固顺序。通过添加0.14%的Sr实现了共晶Si相与初生α-Al相的细化变质,沿晶界分布的共晶Si形貌呈球状与多边形状,Si相颗粒平均尺寸约为4μm。经T6热处理后,接收器面罩铸件本体试样的平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为333 MPa、273MPa与6.2%,满足技术要求。     

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。     

一种典型薄壁异形铝合金铸件的研制

某典型薄壁异形铸件采用ZL101A合金生产,基于支架铸件结构形状与铸造工艺难点,试验设计了熔模+低压铸造复合凝固成形工艺。结果表明,通过在铸件蜡模薄壁区域增设加强筋与排气条、调整型壳焙烧阶梯升温工艺参数、优化低压充型及T6固溶淬火热处理参数,结合淬火校正工装与机加工校准设计,有效解决了薄壁异形支架铸件的浇不足、缩松等冶金缺陷,研制出了合格的铸件。     

ZL204A靴座铸件凝固成形工艺研究

以某ZL204A靴座铸件为研究对象,结合OM、SEM、拉伸性能试验机与FEM数值仿真计算,测试了其凝固成形工艺。结果表明,采用开放式充型凝固成形工艺,直浇道、横浇道、内浇道截面比为1∶5.8∶10,设置合理的冒口,借助FEM仿真计算优化,实现了顺序凝固。铸态平均晶粒尺寸约为84μm,T6态的平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为472 MPa、370 MPa与8.4%,断裂机制以韧窝断裂为主,附带部分沿晶断裂。     

铝合金动圈骨架低压铸造工艺数值模拟研究

动圈骨架是电动振动台的核心构件，低压铸造因金属液平稳充型、顺序凝固，适合生产存在薄壁的铸件。基于ProCAST软件对ZL302铝合金动圈骨架进行低压铸造数值模拟，设置浇注温度为690～730℃,砂型预热温度为30～100℃,保压压力为23～33 kPa。采用正交试验研究浇注温度、砂型预热温度、保压压力对铝合金动圈骨架低压铸造成形的影响。结果表明，随着浇注温度升高，金属液充型效率提高，铸件的缩孔缩松率降低；砂型预热温度升高对金属液充型效率影响较小，但延长铸件凝固时间，有利于铸件补缩；低压铸造凝固过程中提高保压压力，有利于铸件补缩，铸件内部缩孔缩松体积由0.13 cm³降至0.11 cm³。实际生产过程中，在保证砂型强度的前提下，适当增加保压压力以减少缩孔、缩松缺陷。     

低压铸造ZL205A樑铸件缩松、气孔缺陷的消除

ZL205A樑铸件采用树脂砂低压铸造工艺生产,利用ProCAST软件,对铸件充型、凝固过程进行数值模拟,从温度场和凝固过程等方面分析缩松、气孔缺陷形成原因。采取增加内浇道尺寸、调整浇注系统结构等工艺措施进行工艺优化。结合模拟结果并经实际生产验证,最终消除了铸件缩松缺陷,降低了气孔发生率,得到了品质优良的铸件。