运用CAFE法对Mg-Y-Zn-Mn-Ca合金凝固组织的模拟

发布时间：2018-03-13 17:01

  本文选题：CAFE法　切入点：温度场　出处：《太原理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：合金的凝固过程决定着铸件凝固组织及其性能,因此了解和控制合金的凝固过程可以有效的改善铸件的凝固组织和宏观缺陷,从而提高合金的性能。合金的凝固过程是一个复杂且不透明的过程,要精确分析凝固过程非常困难,过去一般采用实验方法根据经验来判定,既浪费了大量的人力和财力,同时也增加了实验的周期,因此计算机技术在合金凝固过程中的模拟得到了充分的发展。通过计算机可以模拟计算铸件形成过程中各个场的变化,更加直观的分析合金的凝固过程,得到更合理的工艺参数,降低了成本与实验周期。国内外运用CAFE法对不同的钢种、铝合金以及少部分镁合金进行了凝固组织的模拟研究,得到的结果与实验结果吻合良好。但目前对Mg-Y-Zn-Mn-Ca合金凝固组织模拟研究报道甚少。因此本文运用Pro CAST软件及CAFE法,选取适合该模型的界面换热系数和边界条件,模拟了 Mg-Y-Zn-Mn-Ca合金常规重力铸造凝固过程,并与实际实验相结合。研究了合金凝固过程中的温度场和流场,分析了合金的凝固规律。模拟了合金凝固过程中的缩孔缩松,通过设计合理的铸型和选择合适的温度来改善合金的宏观缺陷。应用CAFE法研究了 Mg-Y-Zn-Mn-Ca合金凝固过程中的凝固组织,并与实验相结合,确定出了适合该模型模拟的形核参数,同时研究了形核参数、浇注温度、模具材料和Ca元素对合金凝固组织的影响。研究结果表明:当合金浇注温度为730℃,铸型冒口高度为40 mm、顶部内径为56 mm时,得到的铸件内部的缩孔缩松得到有效的改善,提高了铸件的性能。形核参数分别为AT_(v,max)=10K、ΔT_(vσ)=1K、n_(v,max)=2×1013mn-3时,模拟得到的晶粒尺寸约为32.25 μm,实验得到的晶粒尺寸约为29.76μm,实验结果与模拟结果基本吻合。形核参数对合金的凝固组织有着重要的影响,随着Δ_(Tv,max)的增加,n_(v,max)的减小,晶粒尺寸明显增大,随着ΔT_(v,σ)。的增加,大晶粒区域明显增加。随着浇注温度的升高,合金凝固组织中的柱状晶区域增大,晶粒的尺寸明显增加。使用冷却能力强的45#钢模可以得到均匀且细小的等轴晶粒,当使用砂型模具时,晶粒的尺寸明显增加。添加Ca元素有效细化了合金的凝固组织,它既增加了异质形核的形核核心,也减小了枝晶生长动力学系数。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG244.3

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本文编号：1607295