alsi合金凝固过程数值模拟

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1、IJJ东大学硕士学位论文一A1．si合金凝固过稃数值模拟摘要灿．si合金具有优良的铸造性能．具有成分较稳定、均匀、易于熔配等优点，在工业生产、建筑、交通运输、化工、国防建设等方面有广阔的应用前景。本文以AI．Si合金为研究对象，因为缩孔缩松成为其产生废品的主要原因，所以本文主要针对A1-Si合金凝固过程中的缩孔、缩松预测进行研究。主要分为三个模块：建立温度场数学模型；建立预测缩孔的数学模型；建立预测缩松的数学模型。本文以凝固理论、传热学原理等为基础，结合A1．si合金的相图，建立了温度场的数学模型。根据相图，考虑到舢

2、．Si合金凝固时发生初晶转变和共晶转变。因此，在对结晶潜热的处理上，同时采用了等价比热法和温度回升法。在初晶凝固区间采用等价比热法；在共晶凝固区间采用温度回升法。并根据成分利用杠杆定律来计算初生相和共晶相的潜热，建立了较为准确的温度场模型，为以后的缩孔缩松预测做好了充分的准备。在对凝固过程的缩孔预测方面，将多熔池判别技术与A1．si合金的固液界面判据相结合，对缩孔熔池进行了准确的划分；在预测缩孔的过程中，以临界固相率与收缩量综合法为标准；为了精确预测缩孔的体积，考虑到固态收缩对缩孔的形成影响不大，因此本文在计算体积收

3、缩量的过程中，只考虑液态收缩和凝固收缩，而对固态收缩则忽略。在对凝固过程的缩松预测方面，利用多熔池判别技术对缩松熔池进行了准确的划分；将影响缩松形成的压力项引入A1．si金缩松预测的判据中；考虑到共晶平台的存在，用同相率梯度代替了温度梯度：提出了等价冷却速的概念，对冷却速度进行了修正。更准确地反映了凝固的真实过程；基于这些改进，建立了预测缩松的新判据，即eo·G，／√R，≤Kt其中，eo代表凝同单元受到的压力，G。代表固相率梯度，R，代表等价冷却速度。对A1．si合金凝固过程中缩松的形成进行了精确预测。最后，以合金Z

4、Ll02、铸型htl50为例，不考虑表而涂料的情况下，进行了一组梯形件的浇铸实验。通过将模拟结果与实际浇注结果进行对比，结果表明：对缩孔缩松缺陷的预测情况与该产品实际生产结果基本吻合。验证了本软件对A1．si合金凝固过程中缩孔缩松预测的准确性。关键词：数值模拟：缩孔预测；缩松预测；等价冷却速度；压力。盘奎奎兰至占兰竺兰三=!：：i垒全堡垦兰翌鍪堡篓垫ABSTRACTAl—Sialloysareofgreatpotentialinindustry,architecture．transportation,chemical

5、industryandnationaldefencefortheirappreciatedproperties,suchasexcellentcastingcapabifity,andthecomponentissteady,homogeneousandeasytomeltandbatchfeeder．TheshrinkagecavityandporosityarethemaindefectforproducingAl—Sialloyscastings．Inthepresentpaper,thepredictiono

6、fthecavityandporosityduringsolidificationhavebeenstudiedsystematically011Ai—Sialloys．tnlispaperiscomponentofthreemodules：themathematicmodeloftemperaturefield,themathematicmodelofcavitypredictionandthemathematicmodelofporosityprediction．CombinedwithA1-Siphasegra

7、ph,basedonthefundamentalsofsolidificationandprincipleofheattransfer,themathematicmodeloftemperaturefieldhasbeenbuilt．BythephasegraphofAI—Sialloys，Ihavetakenintomyaccountthattheprimarycrystaltransformationandtheeutectictransformationduringthesolidification．So，po

8、intedtothetreatmentofsolidificationlatenthe鸸bothtemperaturecompensationmethodandequivalentspecificheatmethodhavebeenused．Duringthesolidificationrange，theequivalentspecifiche