外冷铁工艺研究

本文认为采用冷却面积扩大法设计外冷铁方法简单、实用,数值计算法从铸件凝固角度揭示了铸件内部组织和缺陷形成的本质,计算精度高.如将两者结合起来,可成为一种较完整的既可靠又实用的外冷铁工艺设计技术.通过实验数据阐明了诸工艺因素,如铸件-冷铁间挂砂层厚度、冷铁厚度、铸件壁厚、铸件与冷铁间接触条件等,对冷却面积扩大系数K和铸件-冷铁间界面换热系数h两个参数的影响及规律.     

铝合金铸件／金属型界面间隙及换热系数通用化的研究

本文首次通过理论推导和对多因素试验条件下的测试结果进行多元最小二乘回归处理,得到了铝合金长方形铸件在金属型(表面有氧化锌涂层)重力铸造条件下,界面间隙及换热系数计算的通用化公式.公式中系统地考虑了铸件及铸型的热物理参数、工艺条件、位置等因素的影响.利用公式得到的界面热边界参数用于一般铸件的计算机凝固模拟,取得了与实测相吻合的结果.此通用化公式的建立对丰富计算机凝固模拟热边界参数数据库具有一定的作用.     

铝合金活塞铸件的温度场数值模拟研究

开发了三维温度场计算程序,模拟了活塞铸件在不同界面换热系数下的金属型凝固进程,说明界面换热系数对金属型凝固速度影响很大,可作为调节金属型凝固的控制因素。同时还对比说明了相对计算的意义。     

熔模铸造ZL114A铝合金凝固过程界面换热系数研究

为获得ZL114A铝合金在凝固过程中温度场的分布规律,根据实际工况设计了测温实验方案,利用热电偶和热成像仪得到了金属及其型壳在凝固过程中温度场的变化曲线,并根据实际测得的温度曲线借助ProCAST模拟软件中的反算模块对铸件与型壳间的界面换热系数进行了反求,得到了更加符合实际的界面换热系数。随后对其进行验证,用该界面换热系数所模拟求得的金属液温度曲线与实测值最大温差为10℃,型壳温度曲线与实测值最大温差为15℃,该方法及结果为铝合金熔模精铸模拟界面换热系数的设置提供了参考依据。     

铝合金模精密铸造界面换热系数测量

熔模精密铸造对于铸件近净成形具有重要意义,但目前鲜见对其铸件-铸型界面换热系数的相关研究.本试验在一维传热模型中采用非线性估算法对工业纯铝在熔模铸造过程中与型壳的换热行为进行了研究,分析结果表明:在凝固前期,铸件与型壳之间的热流密度基本不变,而界面换热系数随两者温差减小而增大;凝固中期,界面换热系数随着整体固相分数增加而线性下降;凝固后期,界面换热系数下降变得十分缓慢.将在一维模型中反求得到的界面换热系数应用到三维铸件模型中,得到的模拟温度与实测温度基本吻合,证明通过一维模型与非线性估算法求取的界面换热系数比较准确,有望在铝合金精密铸造温度模拟中得到应用.     

铝合金ADC12Z高压铸造过程中铸件与铸型间界面热交换系数的研究

通过采集高压铸造过程中铸型内部温度的变化曲线,采用热传导反算法,求解了以铝合金ADC12Z为铸件材料的铸件-铸型界面换热系数,分析了该界面换热系数随铸件厚度的变化规律.计算及分析结果表明:在压铸过程中,铸件-铸型界面换热系数迅速升至最大值,随后下降,凝固结束后趋于稳定.铸件厚度增大不仅提高了换热系数,而且对换热系数的变化趋势也有很大影响.同时,不同厚度的铸件,其固相率和冷却速率的变化规律也有较大区别.     

铝合金铸件外冷铁工艺研究

本文采用实验和铸件凝固数值计算相结合的方法研究了铝合金铸件在外冷铁作用下的凝固动态规律。在分析冷铁内部蓄热规律的基础上,提出以有效冷铁厚度H_eff作为实际生产中冷铁厚度选择的依据。 还通过实验和数值计算获得了铝合金铸件铸钢冷铁的冷却面积扩大系数k随冷铁厚度的变化规律,并分析了铸件厚度对k值的影响。     

采用正交设计优化单晶合金定向凝固数值模拟参数

采用正交设计方法研究单晶高温合金定向凝固过程数值模拟所需参数对温度场和冷却曲线的影响.结果表明:单晶高温合金凝固曲线对模拟参数十分敏感,特别敏感于铸件与铸型之间的界面换热系数.通过正交设计获得边界条件参数使模拟结果与试验结果吻合良好.确定符合DD6单晶高温合金凝固过程的数值模拟边界条件.     

铸造成形过程用界面换热系数求解的轴对称件反传热模型

准确设置边界条件是保证数值模拟精度的前提。本文针对凝固过程中的轴对称铸件建立相应的反传热模型求解其界面换热系数,对Pro CAST仿真的温度值与正传热算法计算结果进行了比较,证实了正传热算法的计算精度,进而对比假设的实际热流与反算的热流值,验证了建立的轴对称反传热模型计算界面换热系数和界面热流的有效性及准确性。     

高温合金定向凝固界面换热系数逆向求解算法与应用

使用双铂铑(Pt-Rh₃₀/Pt-Rh₆（B）)热电偶采集单晶叶片定向凝固过程温度场数据,基于数值模拟逆向求解出定向凝固过程中高温合金DD6与模壳之间的界面换热系数,并分析了界面换热系数随界面温度变化的关系。采用得到的界面换热系数,基于ProCAST数值模拟,得到的仿真温度场数据与实测温度场数据吻合良好,单晶叶片定向凝固过程数值模拟精度得到有效提高。     

压铸过程中铸件-铸型界面换热系数与铸件凝固速率的关系

在实际压铸实验的基础上,求解了铸件一铸型界面换热系数h与铸件凝固速率v的关系.结果表明,二者呈线性变化关系:h=kh-v·v+ω(其中,斜率kh-v为铸型初始表面温度及铸件厚度的函数,ω为常数);通过线性拟合确定kh-v和ω值,从而确立换热系数与铸件凝固速率的关系.这种关系同时适用于镁合金AM50和铝合金ADC12.     

压铸过程铸件-铸型界面换热行为的研究进展

综述了铸造过程中铸件/铸型界面换热行为的研究,重点对压铸过程进行阐述.介绍作者在压铸过程界面换热行为研究方面的工作进展.研究表明,压铸过程铸件-铸型界面换热系数是一个随着铸件厚度、工艺参数以及合金等因素变化的量,同时,换热系数与铸件凝固速率之间存在线形关系h=ηv ω.其中,η、ω为与铸型初始温度、铸件厚度以及铸件、铸型热物性参数相关的参数.     

球墨铸铁/金型界面热交换条件的研究

铸造工作者普遍认为铸件的凝固速度是同铸件的内部质量紧密相关的.而铸件/铸型界面热交换行为又是决定铸件凝固速度的控制因素.目前尚未出现一种实用性强、便于灵活掌握的处理铸件/铸型界面热交换问题的方法,它已被公认为实现铸造CAD(电子计算机辅助设计)的一大障碍. 本文首次在国内开发和应用了一种能正确求解铸件/铸型界面热交换问题的新方法——热传导反算法.编制了两部程序HIP及HIC,分别用于计算平面及圆柱形的一维热传导反算问题.它们不仅能求出界面热交换系数随时间变化曲线(H-τ曲线),而且能同时计算出使用该H-τ曲线作为铸件/铸型界面热交换条件后所计算出的铸件、铸型温度场.通过采用试验数据及有关文献的试验数据进行计算,结果表明热传导反算法的应用是成功的. 试验和计算发现,圆柱形球铁件在凝固期间,由于石墨化膨胀的影响,在铸件-铸型之间不会形成气隙,其H值是随时间增长而逐步上升的.这同有色及钢铸件的情况刚好相反. 从试验和计算分析中,可看出铸件/铸型界面间的接触情况决定着界面热交换情况. 本文最后比较和分析了几种主要因素对界面热交换行为的影响,对铸件/铸型界面热交换机理进行了初步的探讨.     

铸型界面换热系数的测定方法研究

为有效提高数值模拟的准确性．通过实测反求法对材料界面换热进行了测定．提出界面间换热是随温度变化的函数值。按照实验方案．在保证测量仪器．仪表精度的基础之上．采用特制热电偶进行了温度场数据的采集工作。通过实测温度场数据、数值模拟与凝固过程中界面换热系数的反向求解相结合的方法．得出铸件／铸型界面间的换热随温度变化的函数值。通过应用ProCAST软件反求模块进行逆运算，确定了现有某铸铁材料与树脂砂铸型材料间的界面换热值。计算结果表明，整个凝固过程中热电偶处的温度模拟结果与实验结果的最大相对误差在±10℃内．数值模拟精度得到了有效的提高，说明了此界面换热测定方法的可行性。     

镁合金铸造成形过程宏观／微观模拟

通过研究镁合金压铸过程中界面热,采用热传导反算法确定压铸过程的界面换热系数,研究镁合金压铸过程中工艺参数及凝固过程对铸件界面换热系数的影响规律,建立镁合金压铸过程界面换热边界条件的处理模型,以实现镁合金压铸过程中凝固过程的准确预测。通过实验研究镁合金压铸过程中凝固组织,建立了镁合金压铸过程中形核模型。采用CA方法,建立了镁合金枝晶生长模型,以实现镁合金凝固组织的预测。采用相场方法研究了镁合金枝晶生长形貌。     

铝合金压铸过程铸件/铸型界面换热行为的研究Ⅰ实验研究和界面换热系数求解

采用"阶梯"铸件,设计了压铸过程模具温度测量的实验方案并进行了压铸实验.以实验中测得的铸型内部不同位置的温度为基础,采用热传导反算法求解了压铸过程中铸件/铸型界面热流以及换热系数;分析了铸件的厚度对于界面热流以及换热系数的影响,结果表明:压铸过程铸件/铸型界面热流或是换热系数随着压射过程的进行迅速升高直至最大值,然后随着凝固过程的进行而减小;同时,铸件的不同厚度部位与铸型之间的界面热流和换热系数的变化规律也不同,随着铸件厚度的增大,铸件/铸型之间的界面热流和换热系数峰值均减小,但是界面热流和换热系数较大值保持的时间则逐渐增大.     

大型汽轮机缸体铸件凝固的数值模拟

通过对600MW汽轮机高压外缸铸件的凝固过程进行数值模拟和对该铸件自浇注起前48h的瞬态温度场的计算,分析了其工艺设计的特点与不足之处。同时对冷铁的作用范围及其局限性,以及小冷铁排布工艺的优点进行了探讨。 本文还对大型、复杂铸件数值模拟中常遇到的一些问题及其所要采取的方法等做了简明的阐述。     

熔模铸造条件下Ti6Al4V合金铸件与陶瓷型壳间界面换热系数研究

建立了Ti6Al4V合金铸件/铸型界面换热系数(h)的一维反算模型,从数学及数值模拟的角度研究了型壳热物性参数和热电偶定位等参数对h计算的影响,分析了不同参数影响的不同特点,据此对型壳热物性参数和热电偶定位位置等进行了修正,提高了h反算精度.修正计算参数后的反算结果表明,Ti6Al4V合金熔模铸造条件下,h的变化可分为4个阶段:(1)铸件为液态,h维持约440 W/(m2·K);(2)铸件表面生成完整凝固层,此阶段h下降近60%;(3)凝固层不断增厚至铸件凝固,此阶段h下降接近峰值的20%;(4)铸件凝固后,h随温度缓慢下降.在三维模型中对反算得到的h进行了验证,得到的模拟温度与实测温度基本吻合,表明反算得到的h较为准确,可以应用于Ti6Al4V合金熔模铸造过程的数值模拟中.     

液态金属冷却法制备单晶铸件凝固过程的实验与模拟

利用高温度梯度定向凝固技术--液态金属冷却LMC(liquid metal cooling)技术制备了单晶铸件,采用ProCAST 限元模拟软件包计算了LMC定向凝固工艺下,不同抽拉速度单晶高温合金铸件定向凝固过程的温度场,预测了拉速对单晶生长缺陷的影响.结果表明,模拟结果与实验结果吻合良好,计算的温度曲线在1100℃以上与实测温度曲线相比误差小于5%;随着抽拉速度的增加,凝固界面下凹,曲率增加,铸件缘板处出现杂晶的倾向增大.     

大型铸钢件间接外冷铁工艺的研究

通过浇注实验和数值计算的方法研究了铸钢件在采用间接外冷铁时，主要工艺因素对冷铁冷却面积扩大系数的综合作用。在此基础上，建立起表征各因素与铸件凝固模数关系的诺谟图。