tial基合金排气阀吸铸充型和凝固过程中的模拟

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1、辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸TiAl基合金排气阀吸铸充型和凝固过程中的模拟摘要熔模铸造（ISC）代表了一种廉价和有前景的制备γ-TiAl基合金汽车排气阀工艺路线，但是ISC在模具充型和凝固的过程中金属流动的温度变化信息是薄弱的。ISC过程是一种按顺序耦合渗流数学-热模型，基于商业有限体积/有限差分码流-三维和有限元代码软件。它在填充和凝固阶段计算温度场流动术语，包括气泡和表面的空气夹带在充型和凝固过程中形成的缺陷的缩松预测，并对这些缺陷形成的原因进行了分析。它介绍了填充压力差控制方法和模具对气泡和表

2、面空气夹带行为的影响。通过改变压力差的方法从普通吸铸件到“空气泄露”吸铸，降低空气泄露率，有效地消除气泡，并显著的减少表面的空气夹带。用正方形浇道模具使表面的空气夹带减少到最低水平。最后，对模拟结果进行了进一步的验证，实现了对排气阀的吸水模拟和实验。关键词：填充和凝固；γ－TiAl；排气阀；吸铸；模拟24辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸1引言随着提高能源效率的需求不断增加，为了减少汽车污染物的排放，发动机已导致严重考虑用于制造排气的轻质材料阀门[1-4]。对于这样的应用，由于其低密度，高强度和刚度，高温

3、高强度保持性和良好的抗氧化性[5-7]，γ-TiAl基合金是强有力的候选。与热机械加工和粉末冶金阀门制造技术相比，熔模铸造是高精度的经济处理技术[8,9]。除了熔模铸造的优点，ISC的优点包括更好地充型铸件晶粒尺寸，减少夹杂物和更好地改善工作条件，因此ISC代表了一个有前景的生产γ-TiAl基合金的工艺路线。压铸和凝固过程中的金属流动和温度变化对铸件质量无疑具有重要意义。Kashiwai[12]等人利用X射线平片直接观察铸型充型，对铸造铝合金AC4C真空抽吸的铸造工艺分别在两个不同的吸入压力下和三种不同的减

4、压速率进行。结果发现，较高的吸气压力和减压速度，将熔融金属自由表面更加动荡，导致气体截流发生较早，数量较大的卷气、浇不足的风险较高。Giese[13]等人基于合金矩形板A206的特点进行研究充型和凝固的一系列铝真空吸铸实验，以监测灌装率下各种吸压力的分布。实验结果还表明吸压力分布对模具填充的影响是显著的。然而，一个最近文献检索表明，只有微薄的细节信息的金属流动和温度的变化过程中模具的填充和凝固过程一直持续。在各种铸造过程中，由于数值模拟不仅提供了一个洞察的充型和凝固过程，而且也降低了铸造成本和缩减了试制周期

5、[14-16]，顺序耦合渗流数学—热模型，基于商业有限—体积/有限差分编码流—三维有限元代码—PROCAST，研究了ISC对γ-TiAl基合金汽车排气阀的工艺。通过计算得到了充型和凝固过程中的流场和温度场。三种含气泡和表面的空气夹带的潜在缺陷发生在充型和凝固过程中形成的缩松预测。在充模模拟过程中，考虑了填料压力差控制方法和模具对气体气泡和表面引风行为的影响。最后对水模拟和吸铸实验的结果进行了充型和凝固模拟的评价。24辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸2实验2.1负压铸造实验图1（a）说明用石墨管密封在一个

6、中空的起升杆的一端的投资模具的原理图。这是由一个灵活的软管通过控制阀和一个煤气罐（0pa）连接到真空系统的。装有7kg熔料的Ti45Al8NbiB(%)合金和25kg容量的CAO坩埚TiAl汽车阀门模具（图1（b））与热绝缘装置（图1（c）），其中包括一个开放的不锈钢桶和一些石英砂，安装在真空吸铸中，均预热到873K。经过真空熔化室和吸铸室后，他们便充一部分80000Pa氩气的压力，使填料压差熔炼室和油箱之间等于80000Pa。一旦通过感应线圈加热熔融金属达到一个稳定的空间温度1953k，吸铸可向下移动到熔

7、融金属管和一个预先设定的压力差之间，内部和外部的熔模模具是建立在通过切换控制阀和调节阀的空气泄露流量通过这些阀门的装置，以吸取熔融金属上坡。提升管在融化的金属中保持了足够长的时间，称为压力保持时间，这样模具就能完全充型，铸件完全凝固；然后将它从熔融金属中取出，将残余熔体在模腔中融化到坩埚中。铸件后，铸件TiAl合金是炉冷却。熔模铸造由喷砂小心取出。用一个复杂的三维x射线检系统GESEIFERTDP435是用来检查气孔隙度的铸件。成品铸件都是从中间纵向部分削减了切割线，检测缩松。图1吸铸设备:（a）吸铸炉略图

8、；（b）瓷砖汽车阀的模具；（c）模具隔热装置24辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸2.2数值模拟商业的通用计算流体动力学（CFD）码流-3D用在这里以模拟的TiAl汽车阀的吸铸，解决了联接质量，动量，基于有限体积上能量方程/有限差的模具填充法（FDM）[17]。流体（VOF）方法的体积采用自由表面动力学准确地采集。层流模型和重整化群(RNG）模型分别被用来描绘模具填充的层流和湍流特性。和该RNG模型描述的低强度