鋁合金超聲凝固實驗及鑄造過程有限元仿真分析.pdf

1、廣泛應用于航天、航空領域的7050高性能鋁合金大規(guī)格鑄錠由于其具有高強高韌等優(yōu)異性能而在航天、航空等領域得到廣泛運用。因7050鋁合金凝固溫度區(qū)間大、溫度場與流場分布不均勻，導致大型鑄錠內(nèi)部應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)鑄造是目前國內(nèi)外研究的熱點和難點。本文來源于國家“973”項目“高性能鋁材與鋁資源高效利用的基礎研究”之子課題“大鑄錠能量傳輸與宏微觀缺陷的產(chǎn)生及控制”，實驗研究了超聲外場對鋁

2、合金凝固組織的影響，通過對鑄造過程有限元仿真分析并結合鑄造工藝參數(shù)對溫度場和應力場的影響，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)容及結果包括：
　　 ⑴實驗研究了超聲外場對鋁合金鑄造過程的影響，得到了超聲工藝參數(shù)對鑄造過程凝固組織的影響規(guī)律，研究結果表明：在凝固過程加入超聲外場的作用能顯著細化晶粒，使柱狀晶破碎轉(zhuǎn)化為等軸晶，并使鑄件的力學性能得到改善；根據(jù)鑄件的大小，超聲功率存在一個合適的范圍，功率過高或過低都將對

3、晶粒細化效果產(chǎn)生不利影響；冷卻強度越低，晶粒細化效果越好；變幅桿插入熔體深度越大，機械品質(zhì)因數(shù)越低，越不利于晶粒細化。
　　 ⑵建立了半連續(xù)鑄造過程的溫度場和應力場有限元仿真數(shù)學模型，利用PROCAST軟件對鑄造過程溫度場和應力場進行了分析，并研究了工藝參數(shù)對鑄造過程液穴深度及裂紋傾向性的影響，其主要結論有：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結合超聲鑄造超聲參數(shù)對凝固組織的影響及鑄造工藝參數(shù)對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)格鑄錠的關鍵，本文的研究工作及結論將對7050鋁