ZL205A筒形壳体铸件线状偏析的预测判据

摘要

本课题采用数值模拟软件ProCAST模拟计算大型ZL205A合金壳体筒形件低压铸造成型过程,分析线状偏析形成机理,研究偏析产生部位凝固参数变化规律,推导获得线状偏析判据。
　　采用本研究开发的液态金属热物性测试装置实际测量了ZL205A合金铸件铸造过程数值模拟过程所涉及的材料液态热物性参数,获得了ZL205A合金从室温到浇注温度区间热物性参数随温度变化的规律及其数值。
　　根据实际铸件线状偏析产生的位置、形貌及模拟结果分析铸件凝固过程温度场认为线状偏析形成机理是:首先是在凝固的枝晶间存在大量的高熔点金属液(枝晶偏析);在壁厚突变处,由于存在局部热节被周围先凝固区域拉裂,造成补缩压力差增大,且在缝隙式浇道和低压铸造等良好的补缩情况下,枝晶间低熔点高溶质金属液会补充到热裂纹中,形成线状偏析。
　　提取铸件典型点凝固参数,发现线状偏析区域温度梯度G大于安全区域,而冷却速率U小于安全区域。铸件冷却速率U<1,铸件温度梯度G与冷却速率U的关系有:G/U>1。推导出线状偏析判据MSC=(略),将温度梯度G、冷却速率U等代入线状偏析判据中计算确定判据临界值为673。MSC=(略)>673预测的偏析区域与实际铸件吻合。
　　为进一步验证判据的适用性,通过改变铸件的结构和浇注工艺进行模拟计算,将线状偏析判据导入ProCAST缺陷预测模型中预测线状偏析倾向较大的危险区域。实际浇注该铸件,利用X光透视圈定线状偏析区域,与预测偏析区域吻合从而验证判据和判据值的适用性。
　　对铸件线状偏析区域进行扫描电子显微镜分析,发现线状偏析呈骨骼状结构,偏析相中Al元素和Cu元素的质量约比1:1,原子比约为2:1,其主要组成为共晶成分Al2Cu。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 铝合金热裂判据研究现状

1.3 铝合金补缩判据研究现状

1.4 铝合金宏观偏析研究现状

1.5 本文的主要研究内容

第2章 数值模拟数学模型

2.1 引言

2.2 数值模拟数学模型

2.3 ZL205A合金高温热物性的测量

第3章 数值模拟及线状偏析判据的建立

3.1 引言

3.2 数值模拟

3.3 计算结果分析

3.4 线状偏析形成机理

3.5 凝固参数规律

3.6 线状偏析判据推导

3.7 判据临界值K的确定

3.8 本章小结

第4章 偏析判据的验证

4.1 引言

4.2 数值模拟

4.3 实验验证

4.4 本章小结

结 论

参考文献

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致谢