A356合金铸造热应力数值模拟及热裂纹预测

论文摘要

在铸造生产中,热裂纹是一种很普遍且非常严重的缺陷,铸件一旦产生热裂纹,就意味着要进行修复甚至直接报废,从而导致严重的经济损失。因此能够准确预测铸件中热裂纹的产生具有重要意义。本课题根据目前热裂纹研究进展,着重研究了铸造热裂纹产生的原因及有效的预测方法。本课题选择应用广泛的A356合金作为实验合金,利用ProCAST软件中的热裂纹预测模块对不同铸造工艺下铸件的热裂纹情况进行预测,并将预测结果及凝固过程热应力场模拟结果与实际浇注结果进行对比分析,研究不同铸型预热温度下和不同浇注温度下铸件的热裂纹产生情况。同时,通过对铸件凝固过程中的等效应力和塑性应变的模拟结果进行分析,深入了解铸件热裂纹产生的主导因素和建立预测判据应该重点考虑的因素。通过对不同工艺下铸件的热裂纹情况进行预测和实验研究,其结果表明ProCAST软件中的热裂纹预测模块可以比较准确地计算出不同工艺下铸件热裂纹敏感性大小,其热裂纹预测结果与实际浇注铸件的热裂纹情况比较吻合。另外,通过分析铸件凝固过程中的热应力场模拟结果和实际浇注结果发现在浇注温度相同的条件下铸型预热温度的提高有利于降低铸件凝固过程中的等效应力和塑性应变,从而减少或防止热裂纹的产生;同时在铸型预热温度不理想的条件下提高浇注温度可以有效降低铸件凝固过程中塑性应变的集中,从而减小热裂纹的敏感性,但是浇注温度的提高对于等效应力的影响却没有规律可循。因此,本研究认为相对于等效应力,凝固过程中塑性应变的趋势更能够反映出铸件热裂纹的实际情况,塑性应变应当作为今后热裂纹研究及预测判据建立的首要因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 铸件凝固过程数值模拟发展概况
• 1.2.1 国外铸件凝固过程数值模拟发展概况
• 1.2.2 国内铸件凝固过程数值模拟发展概况
• 1.3 热裂纹基本理论
• 1.3.1 热裂纹形成机理
• 1.3.2 热裂纹影响因素
• 1.4 热裂纹检测方法
• 1.5 热裂纹预测判据和模型
• 1.6 存在问题和本课题研究内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验方案设计
• 2.2.1 实验材料选择和模具设计
• 2.2.2 浇注方案设计
• 2.3 测温实验
• 2.3.1 实验目的
• 2.3.2 实验设备
• 2.3.3 实验方法
• 2.4 ProCAST软件简介
• 2.4.1 ProCAST软件的特点和应用
• 2.4.2 ProCAST软件的热裂纹预测模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 等效界面换热系数的确定
• 3.1 引言
• 3.2 铸件凝固过程温度场数值模拟
• 3.2.1 三维建模与网格剖分
• 3.2.2 材料热物性参数设定
• 3.2.3 初始条件与边界条件设定
• 3.2.4 温度场数值模拟结果与分析
• 3.3 测温结果与分析
• 3.4 温度曲线拟合与等效界面换热系数确定
• 3.5 本章小结
• 第4章 铸件凝固过程应力场数值模拟及热裂纹预测
• 4.1 引言
• 4.2 铸件热应力场数值模拟及热裂纹预测
• 4.2.1 铸件热裂纹预测结果与分析
• 4.2.2 不同铸型预热温度下铸件热裂纹预测结果与分析
• 4.2.3 不同浇注温度下铸件热裂纹预测结果与分析
• 4.3 热裂纹本质分析及预测方法展望
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢