鋁合金超聲凝固實(shí)驗(yàn)及鑄造過程有限元仿真分析.pdf

1、廣泛應(yīng)用于航天、航空領(lǐng)域的7050高性能鋁合金大規(guī)格鑄錠由于其具有高強(qiáng)高韌等優(yōu)異性能而在航天、航空等領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。因7050鋁合金凝固溫度區(qū)間大、溫度場(chǎng)與流場(chǎng)分布不均勻，導(dǎo)致大型鑄錠內(nèi)部應(yīng)力超限和凝固組織成分偏析而在鑄造過程易產(chǎn)生裂紋，7050鋁合金超聲半連續(xù)鑄造是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文來(lái)源于國(guó)家“973”項(xiàng)目“高性能鋁材與鋁資源高效利用的基礎(chǔ)研究”之子課題“大鑄錠能量傳輸與宏微觀缺陷的產(chǎn)生及控制”，實(shí)驗(yàn)研究了超聲外場(chǎng)對(duì)鋁

2、合金凝固組織的影響，通過對(duì)鑄造過程有限元仿真分析并結(jié)合鑄造工藝參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的影響，提出了超聲參數(shù)與鑄造工藝參數(shù)的匹配原則。本研究主要內(nèi)容及結(jié)果包括：
　　 ⑴實(shí)驗(yàn)研究了超聲外場(chǎng)對(duì)鋁合金鑄造過程的影響，得到了超聲工藝參數(shù)對(duì)鑄造過程凝固組織的影響規(guī)律，研究結(jié)果表明：在凝固過程加入超聲外場(chǎng)的作用能顯著細(xì)化晶粒，使柱狀晶破碎轉(zhuǎn)化為等軸晶，并使鑄件的力學(xué)性能得到改善；根據(jù)鑄件的大小，超聲功率存在一個(gè)合適的范圍，功率過高或過低都將對(duì)

3、晶粒細(xì)化效果產(chǎn)生不利影響；冷卻強(qiáng)度越低，晶粒細(xì)化效果越好；變幅桿插入熔體深度越大，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)越低，越不利于晶粒細(xì)化。
　　 ⑵建立了半連續(xù)鑄造過程的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)有限元仿真數(shù)學(xué)模型，利用PROCAST軟件對(duì)鑄造過程溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了分析，并研究了工藝參數(shù)對(duì)鑄造過程液穴深度及裂紋傾向性的影響，其主要結(jié)論有：鑄造速度越低，鑄錠內(nèi)外溫差越小，液穴越淺，有利于減小鑄造裂紋；冷卻能力越大，液穴越淺，糊狀區(qū)域越深；一冷區(qū)的換熱系數(shù)主要影

4、響鑄錠的液穴深度，而二冷區(qū)的換熱系數(shù)主要影響糊狀區(qū)域的深度；
　　 ⑶結(jié)合超聲鑄造超聲參數(shù)對(duì)凝固組織的影響及鑄造工藝參數(shù)對(duì)鑄造過程及裂紋形成的影響規(guī)律，提出了超聲半連續(xù)鑄造工藝參數(shù)與超聲參數(shù)的合理匹配原則，具體為：合適的超聲功率；較小的一冷區(qū)換熱系數(shù)及較大的二冷區(qū)換熱系數(shù)；較低的鑄造速度；較淺的變幅桿插入熔體深度。超聲參數(shù)和鑄造工藝參數(shù)的合理選擇是決定能否合格生產(chǎn)7050鋁合金大規(guī)格鑄錠的關(guān)鍵，本文的研究工作及結(jié)論將對(duì)7050鋁