C70600白铜空心锭立式连铸工艺参数对凝固过程的影响

为了获得Ф260×Ф80 C70600白铜空心锭立式连铸合理的工艺参数,通过数值模拟定量分析了各种工艺参数对温度场和应力场的影响。结果表明:浇铸温度每提高20℃,液穴深度增加10 mm;拉坯速度每提高10 mm/min,液穴深度增加20 mm;液穴深度随着石墨芯管冷却强度的增大而减小。基于正交试验和方差分析发现,F_(A)>F_(0.01)(3,3),F_(B)>F_(D)>F_(0.1)(3,3),F_(C)<F_(0.1)(3,3),因此,拉坯速度对液穴深度的影响最显著,一冷强度对其影响不显著。根据模拟结果提出了合理工艺参数为:一冷强度24 m^(3)/h、拉坯速度80 mm/min、浇铸温度1280℃、芯管采用空冷。在此基础上成功试制出了合格的C70600白铜空心锭成品。

超高铬合金叶轮消失模铸造工艺开发

介绍了超高铬合金叶轮的消失模铸造工艺,采用合金成分优化、大口出流底注式浇注系统和合理设置冒口、内冷铁以及细晶强化等措施,铸件实现了顺序凝固,消除了缩孔及裂纹等缺陷,提高了抗磨蚀性能。最终产品质量满足渣浆泵设备酸蚀工况的使用要求。

20钢/316L复合管固液复合制坯工艺研究

双金属复合管在石油运输行业中应用前景广阔,结合性能是考察复合管是否合格的重要指标之一。为了能在轧制成形过程中得到高品质的复合管材,在复合管制坯过程中要求实现界面处的冶金复合。以20钢和316L为原材料,基于结合温度及元素扩散情况,采用固液复合方式,并且结合界面的温度模型及通过Pro CAST软件模拟,获得了外模最佳预热温度为1050—1100℃。通过现场试制界面处实现了冶金复合,在最佳温度范围既保证了固态20钢和液态316L之间能达到冶金复合,又能使元素有充分的扩散时间而增强了界面结合强度,同时又可以防止因元素过渡扩散而导致316L腐蚀性能下降。该方法为后续复合管连轧提供了优良的管坯,可实现高品质复合管的现场生产。

铸造镁合金凝固过程数值模拟研究进展

镁合金以其轻量化、高比强度和良好的阻尼性能在汽车、航空航天等领域应用广泛。数值模拟通过再现铸造成形过程中的各类宏观和微观物理过程,可以调控组织、减少缺陷、提高力学性能和优化铸造工艺参数。本文综述了铸造镁合金在枝晶和共晶凝固组织模拟,偏析、气孔和热裂等缺陷模拟,以及力学性能预测等方面的研究现状,简要介绍了近两年在铸造镁合金成形工艺模拟方面的研究进展。最后,指出了当前铸造镁合金数值模拟研究存在的问题及发展方向。

单分散Al-4.5wt%Cu合金粒子的制备与凝固过程模拟

使用脉冲微孔喷射法制备了粒径可控的单分散Al-4.5wt%Cu液滴,对液滴凝固成的粒子进行分析表征。结果表明:该粒子具有粒径均一、高球形度、热履历一致的优点。随着粒径的增长,粒子的内部微观结构由胞状晶变为树枝晶。建立了粒子凝固过程的传热数值计算模型,分析了粒子下落中温度、温度梯度变化及冷却速率与粒子微观组织形貌的关系。在本实验条件下,310.0μm粒子内部凝固组织为胞状晶,冷却速率为771.71 K/s;485.1μm粒子内部凝固组织为树枝晶,冷却速率为382.40 K/s。

热挤压对快速凝固Al-Si-Fe-Cu-Mg合金显微组织及性能的影响

采用单辊旋淬法制备了快速凝固Al-20Si-5Fe-Cu-Mg合金,采用了SEM对其进行观察分析。结果表明,快速凝固能够极大细化Al-20Si-5Fe-Cu-Mg合金组织,抑制Si相及β-Fe相的析出长大,且组织的细化程度呈梯度分布。对快速凝固Al-20Si-5Fe-Cu-Mg合金进行了不同工艺参数的热挤压实验。结果表明,粉末包套热挤压工艺能够使快速凝固Al-20Si-5Fe-Cu-Mg带材合金致密化,当挤压温度为400℃、挤压比为1∶16时,合金获得了较优异的力学性能,其屈服强度和抗拉强度分别达到了456 MPa和805 MPa,压缩率为9.3%。

冷却速率对ZG40CrNi2Mo大型铸件凝固组织及元素偏析的影响

为了研究铸件凝固过程中不同冷却速率对其凝固组织与元素偏析的影响,利用铸件凝固过程数值模拟方法和自研的高通量凝固过程热模拟实验装置,开展了ZG40CrNi2Mo优质调质钢在不同冷却速率下的凝固模拟实验。结果表明:ZG40CrNi2Mo调质钢的二次枝晶臂间距λ_(2)与局部凝固时间t的关系符合λ_(2)=36.03 t0.26;随着冷却速率的降低,Cr元素偏析呈现上升趋势,Ni元素偏析先上升后降低;Mo元素偏析最为严重,但是对于冷却速率的变化不敏感。

富Ce稀土对多元Al-Si活塞合金凝固组织的影响

采用DSC以及光学显微镜与扫描电镜研究了富Ce稀土(0.1wt%,0.3wt%,0.5wt%)对多元近共晶Al-11.5Si-4Cu-2Ni-1Mg-0.5Fe(wt%)活塞合金凝固组织的影响。发现富Ce稀土加入对该合金的共晶硅和多种第二相的凝固温度、形态与体积分数均有明显影响。富Ce稀土的加入,使Al-Si共晶温度降低,T-Al_(9)FeNi相和δ-Al_(3)CuNi相析出温度升高。富Ce稀土加入量0.3wt%时,共晶硅变质效果最佳,T-Al_(9)FeNi相由初始的板条状转变为小块状,体积分数减小到3.22vol%,δ-Al_(3)CuNi相由初始的片状转化为鱼骨状,体积分数增加到6.47vol%。富Ce稀土中La、Ce原子在凝固过程中富集在固液界面前沿,增大了成分过冷,细化共晶组织。当富Ce稀土含量为0.5wt%时,合金中出现长针状富稀土相。

液力变矩器叶轮重力铸造和低压铸造工艺对比与验证

以某型铸造型液力变矩器为研究对象,对比其重力铸造和低压铸造两种常用铸造方式的成型质量。应用铸造工艺仿真软件ProCAST进行了充液和凝固过程的仿真及铸造缺陷的评估及对比分析。在此基础上,将预测的缺陷与实际浇铸产品射线无损探伤结果进行对比验证。结果表明,相比于重力铸造,低压铸造可以通过调整压力实现对液流充型过程的控制,使得充型平稳、顺序凝固、补缩动力增强,提高液力变矩器的力学性能。实际浇铸及探伤结果表明,铸造仿真可以较好地预测缺陷种类及分布,为铸造工艺改进提供有效指导。

镍基高温合金反重力铸造压力曲线设计与验证

针对镍基高温合金反重力铸造工艺中传统压力曲线设计方法的不足,充分考虑铸件沿充型方向的变截面结构特征,通过CAD软件的二次开发,实现铸件截面积的自动计算,以定量化描述铸件的截面变化特征。基于伯努利方程和流量守恒方程,推导出充型压力与金属液面上升速度之间的关系,提出基于铸件截面积自动计算的新型压力曲线设计方法。在此基础上,对镍基高温合金铸件的反重力铸造过程进行数值分析。充型模拟结果表明:与传统压力曲线设计方法相比,新型设计方法确定的压力曲线能使最小截面处充型速度峰值由0.611 m/s降至0.439 m/s,降幅达28.15%,有效避免金属液震荡和飞溅;同时可缩短充型时间,确保金属液快速平稳充型。水力学实验和浇注实验表明,新型压力曲线的充型液面更平稳,能有效抑制铸造缺陷,证明新型压力曲线设计方法的有效性,为合理设计反重力压力曲线提供依据。

轻合金凝固技术专题评述

以轻合金代替传统的钢铁材料是汽车节能减排的重要途径之一,对提高车辆的续航里程和效率具有重要意义。航天器“为减轻每1 g重量奋斗”(卫星发射,节省1 kg重量将降低费用2万美元),因此轻量化也是航空航天装备发展的永恒主题。铝合金和镁合金具有低密度、高强度、良好的耐腐蚀性和成形性,广泛应用于汽车车身、火箭箭体、导弹壳体、飞机机翼等部件,其轻量化效果显著。高性能轻合金复杂构件常用的成形方式有低压铸造、压铸和挤压铸造等。在过去的几十年里,人们对合金的成分、工艺、微观组织和性能之间的关系开展了系统、深入的研究,极大地推动了铝、镁合金的发展和轻量化应用。但铝、镁等合金铸造工艺复杂、影响因素众多,易产生各种铸造缺陷,如何生产出结构复杂、性能优异的优质铸件仍是一个长期的挑战。

铸造铝合金在汽车底盘结构件轻量化中的应用

基于新能源车底盘零部件轻量化发展,概述了国内外铝合金铸造技术在其轻量化的应用现状和发展趋势。研究表明:目前以低压铸造和真空一体化压铸为主,挤压铸造替代部分钢质、铁质以及锻铝件的迹象,开发出一体化压铸免热处理高强韧铝合金;对于内部具有加强筋空心结构的超大压铸件,目前难以达到砂芯强度高和溃散性好的平衡,仍采用低压铸造成形,并通过热处理提高力学性能。

型壳温度对DZ22B合金叶片枝晶组织的影响

以DZ22B镍基高温合金叶片为研究对象,采用ProCAST数值模拟及试验相结合的方法对不同型壳保温温度下铸造叶片定向凝固过程中的温度场、热裂倾向及组织进行研究。结果表明:随着型壳保温温度的增加,等温线整体呈下凹趋势,处于1 540℃温度下的糊状区下凹程度明显大于其他温度,且叶片HTI结果有所增加,容易产生热裂的区域集中在叶身上部,排气边位置容易产生热裂的区域比进气边更大;相同高度位置下的叶片排气边枝晶间距均小于进气边枝晶间距;随型壳保温温度升高,一次枝晶间距和二次枝晶间距均降低,对比模拟结果与试验统计得出的一次枝晶间距和二次枝晶间距,得出一致结论,模拟与试验吻合较好。

高速列车球墨铸铁齿轮箱铸造工艺模拟及实验

利用计算机数值模拟技术对高速列车球墨铸铁齿轮箱铸件的铸造充型过程和温度场分布进行了数值模拟。在综合考虑了球墨铸铁凝固过程中的石墨化膨胀、孕育处理、球化剂的衰退以及铸型刚度影响的基础上,设计了合理的无冒口铸件浇注工艺。通过现场浇注实验,生产的齿轮箱强度、塑性和低温冲击性能均满足验收标准,并且-40℃低温冲击性能达到-20℃低温冲击标准要求的数值,满足动车组齿轮箱国产化的要求。

铝镁合金铸件针孔和偏析缺陷特点及分析

对铝镁合金铸件疏松、偏析类缺陷种类、形成机理及其安全使用风险进行了系统的分析,通过X射线、电镜扫描观察铸件不同程度的疏松、偏析组织的微观形貌,并结合力学性能、化学成分检测数据分析评估各类型缺陷对产品使用性能的影响,指出铝镁合金铸件疏松、偏析缺陷安全使用的判定方法,为产品的检测和质量保证提供参考。

垂直线生产球墨铸铁行星架的铸造工艺设计

介绍在DISA垂直造型线上生产球墨铸铁行星架的一种工艺方案。通过对产品结构分析及计算机铸造模拟仿真分析,确定分型面选择、砂芯设计、浇注系统和冒口等工艺方案。对热节位置进行了合理的补缩设计,大端面利于冒口补缩实现顺序凝固,小端面可利用石墨膨胀自补缩,避免缩孔缩松缺陷。试生产结果显示铸件质量合格,金相组织和力学性能符合标准,无缩孔缩松缺陷,证明该工艺方案可行。

砂型3D打印技术在电驱桥主减壳开发中的应用

20002型电驱桥前主减速器壳体是一款将减速器壳体、中间箱体、轴承座等部件采用集成化设计而成的薄壁复杂铸件。产品具有轮廓起伏大、热节分散的结构特点,存在较大的冷隔、缩孔和气孔倾向。新品研制过程中,通过设计阶梯式多流道浇注系统以及3D打印的全组芯工艺,结合数值模拟优化,改善了产品充型末端的温度分布,提高了孤立热节的补缩效果,获得了内部组织致密、轮廓清晰、表观光洁的壳体铸件,实现了新品样件的快速交付。

铝合金缸盖重力铸造顶注式工艺分析与应用

铝合金缸盖是汽车发动机上的核心部件,尺寸精度及力学性能要求较高。针对EZ缸盖复杂结构和铸造成形难等特点,开展了重力顶注式铸造工艺的研究与验证,通过重力顶注半封闭式浇注系统、冒口、组合砂芯等设计以及产品结构细节优化和浇注工艺改进与验证;生产验证表明,铸件X射线探伤及T6热处理后力学性能等检测结果均满足技术要求,为批量生产合格铸件提供保障。

有机物HPMC和PAM对磷酸盐自硬砂性能影响探究

探究羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酰胺两种辅料浓度及加入量对自硬砂性能的影响,讨论了两种辅料联合加入的影响,借助SEM-EDS和FTIR对影响机理进行了初步分析。结果表明,占粘结剂2%的0.7%羟丙基甲基纤维素水溶液和占粘结剂1%的0.8%聚丙烯酰胺水溶液联合加入能有效提高自硬砂干强度和抗吸湿性。相对湿度为40%~60%RH时,干强度由0.67 MPa提高到0.97 MPa,存放4天期间,平均强度提高24.58%;恒湿箱80%~85%RH时,砂样存放4天的平均强度提高43.27%,24~96 h内强度下降率由31.25%下降到25.00%。

基于ProCAST的ZL114A尾段壳体凝固成形数值模拟与工艺优化

目的针对ZL114A尾段壳体研制需求,利用低压充型液态成形工艺与数值仿真计算,预测疏松缺陷分布位置及严重程度,通过改进工艺来减少疏松缺陷,进而提高生产合格率。方法基于ProCAST软件对ZL114A尾段壳体低压充型凝固过程进行仿真计算,分析充型凝固过程中的流动场与温度场分布、充型时间、流动长度与凝固时间,预测疏松缺陷分布位置及严重程度,结合枝晶相干点双电偶热分析法测试结果,对低压充型工艺进行设计优化。结果由尾段壳体凝固疏松缺陷的仿真计算结果与枝晶相干点温度测试结果可知,低压充型增压速度得到提高,保压时间有所延长,对安装凸台冷铁材质与厚度进行设计优化后,疏松缺陷得到显著改善。结论通过数值仿真计算指导了铸造工艺设计,制备得到了满足技术指标要求的ZL114A尾段壳体。