球鐵件凝固過程數值模擬技術研究
球鐵件凝固過程數值模擬技術研究
球墨鑄鐵是一種重要的金屬材料，具有強度高、韌性好、成本低、易于組織生成等優點，現已經廣泛地應用于汽車、農機、船舶制造、冶金工業、管道工程等許多重要的工業部門。但是由于球墨鑄鐵具有糊狀凝固的特性，并且在凝固過程中會產生石墨化膨脹，使得鑄件容易產生很大的收縮缺陷，出品率很低，這個問題是球墨鑄鐵件生產中存在的一個突出問題，長期以來一直沒有得到徹底地解決。 鑄件凝固過程數值模擬是利用計算機技術可視化地顯示鑄造全過程的一種新的技術手段，這項新技術的采用和集成，能優化產品結構，提高產品質量，縮短產品開發周期、降低成本、提高市場應變能力，對推動鑄造技術進步具有舉足輕重的作用。 本論文對球墨鑄鐵件凝固過程三維溫度場數值模擬技術做了理論探討及程序開發工作。球墨鑄鐵凝固過程中的體積變化可以分成如下幾個階段：澆注后，鐵水隨溫度的下降，發生液態收縮；在液相線溫度下，開始析出初生相，奧氏體或者石墨，產生了除溫度下降導致的收縮外的凝固收縮或膨脹；到達共晶凝固時，發生奧氏體—石墨結晶，在此期間，石墨的析出導致膨脹，由于體積變化的相對量的不同，膨脹大于收縮，表現出鑄件在此期間發生膨脹；在凝固的后期，石墨析出量越來越少，膨脹越來越小，剩余液體象鋼水一樣凝固，導致收縮占優勢，表現出鑄件在凝固后期發生收縮，稱之為二次收縮。對于球鐵件收縮缺陷影響最大的因素是：鑄型條件、鑄件模數及結構、鐵水成份、孕育處理、澆注溫度。 在本文中針對球墨鑄鐵的凝固特點和影響球鐵件收縮缺陷的因素，建立了球墨鑄鐵凝固過程的數學模型，對球鐵件凝固過程中發生的體積變化進行了模擬計算，最后取得良好的效果。 本論文主要在以下幾個方面，做了一些具體工作：對于動態多熔池的搜索方法進行了改進，提高了搜索速度；根據結晶規律，使用熱焓法對凝固潛熱進行處理，潛熱處理計算結果與實際潛熱釋放接近，大大提高了模擬的準確性；據球鐵凝固特點進行溫度場計算，綜合考慮初生石墨、液態收縮、石墨化膨脹、型腔擴大對鑄件縮孔縮松的影響，并在此基礎上對縮孔縮松的大小和位置進行了預測，其計算結果與ProCast軟件計算結果相近。 除此之外，本文對溫度場流場的耦合計算進行了有益的探索，把流場計算結果作為溫度場計算的初始溫度，使得模擬結果更接近于實際情況。 |
