适流浇注系统研究

论文摘要

重力铸造是常用和经济的铸造方法。重力铸造铸件中很多缺陷都是在液态金属充型过程中产生的,其中液流表面紊乱严重造成金属二次氧化和卷气。近年来的国内外研究表明,二次氧化后折叠形成的双层氧化膜（bi-film）可能是铸件内析出性气孔、缩孔缩松等缺陷产生的重要原因。目前国内铸造企业所使用的砂型重力铸造浇注系统一般存在液态金属充型过程控流技术不是很合理的问题,影响铸件的内在质量。因此,寻找一种充型效果理想的浇注系统设计方法对改善重力铸造铸件质量,提高铸造工艺设计水平有着重要意义。适流浇注系统（Naturally Pressurized Running System）是一种有别于传统浇注系统的新型浇注系统,以等流量原则为核心,以限制液态金属表面紊乱为主要目的,使浇道的尺寸与布置能够尽可能适应液态金属的自然流动状态。本研究以适流浇注系统设计理念为核心,选择ZL114A为充型实验材料,研究适流浇注系统的具体设计方法,针对同一试件分别设计不同的浇注系统和相同的补缩系统,根据实验结果对比分析适流浇注系统相对于传统浇注系统的优越性,对其在实际生产中应用的可能性做探索性工作。研究过程采用铸件充型凝固数值模拟软件Z-CAST模拟了铸件的充型过程。通过对模拟结果的分析发现,液态金属在适流浇注系统中流动时,直浇道和横浇道能够快速充满,较好的解决了液态金属在传统浇注系统中流动时,充型初期浇道不能被充满、存在返流的现象。加上合理的减速措施后,液态金属在适流浇注系统中的整个充型过程中表面氧化膜紊乱得到了较好的控制,充型效果比较理想。经过对试件X射线照相检查和本体试样室温力学性能的检验和分析发现,与采用传统浇注系统的试件相比,采用适流浇注系统的试件的质量稳定性和室温综合力学性能都有一定程度的提高。数值模拟结果和实验检测结果都表明,与传统浇注系统相比,适流浇注系统在限制液态金属在充型过程中的表面紊乱问题和提高试件的内在质量和质量稳定性方面都具有一定的优越性,可以推广到其他合金种类作进一步应用基础方面的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号清单
• 插图清单
• 表格清单
• 第一章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 浇注系统设计国内外研究工作概况
• 1.2.1 浇注系统充填过程模拟方法
• 1.2.2 浇注系统对铸件质量的影响
• 1.3 目前该领域存在的问题及本文研究的内容
• 1.3.1 目前国内常用浇注系统
• 1.3.2 理想浇注系统要素
• 1.3.3 新型浇注系统——适流浇注系统
• 1.3.4 本文研究内容
• 第二章 适流浇注系统设计方法
• 2.1 适流浇注系统用物理概念
• 2.1.1 液态金属表面紊乱判据
• 2.1.2 临界速度和临界高度
• 2.2 浇口杯设计
• 2.3 直浇道设计
• 2.4 直、横浇道连接处设计
• 2.5 横浇道设计
• 2.6 内浇道设计
• 第三章 实验研究方案设计
• 3.1 传统浇注系统设计（TS）
• 3.2 适流浇注系统一设计（NS1）
• 3.3 适流浇注系统二设计（NS2）
• 3.4 充型过程数值模拟结果及分析
• 3.4.1 传统浇注系统充型模拟结果及分析
• 3.4.2 适流浇注系统一充型模拟结果及分析
• 3.4.3 适流浇注系统二充型模拟结果及分析
• 3.4.4 三种浇注系统充型模拟结果对比分析
• 第四章 实验结果及分析
• 4.1 试样浇注
• 4.2 X射线照相检查结果
• 4.3 试样力学性能比较
• 4.4 拉伸断口扫描结果及分析
• 结论
• 攻读硕士期间所发表的论文
• 参考文献
• 致谢