离心铸造装置设计及充型凝固过程实验研究与数值模拟

论文摘要

钛合金是发展航空航天和国防尖端技术必不可少的高技术新材料。精密铸造已成为最成功且应用最广泛钛合金零件的近终形加工技术。由于钛的熔点高,性质活泼,易于氧化,采用普通熔炼设备难以实现。而采用先进的水冷铜坩埚真空感应熔化浇铸炉进行实验,不仅费用高,且实验周期长。本文利用实验室现有的铸锭浇注系统,自行设计离心铸造机并进行离心浇注实验。采用可在非真空条件下离心铸造的Al-Cu%合金作为研究对象,来研究不同离心转速,不同浇注温度条件下铝合金的组织变化规律,包括宏观晶粒组织,微观的枝晶间距等;并通过计算机模拟优化实验方案,为最终进行的钛合金离心铸造实验提供依据。本论文具体完成了以下内容:利用AutoCAD设计绘图软件,完成了离心铸造机、离心铸型以及离心控制仪的结构设计,并且完成离心铸造实验设备及控制仪接线组装及安装调试。利用Pro-E和SolidWorks软件进行离心铸造系统的实体造型,采用AnyCasting及ProCAST等模拟软件对离心铸造的充型过程进行数值模拟,包括重力充型以及离心充型。熔配实验合金,利用自行设计的实验装置进行了不同离心转速,不同浇注温度条件下实验,观察不同离心转速,不同浇注温度条件下充型情况及铸件凝固组织（二次枝晶间距）,进行了相关分析。实现了改进实验参数,优化实验方案的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 离心铸造钛合金及其意义
• 1.2.1 钛合金
• 1.2.2 离心铸造钛合金的意义
• 1.3 离心铸造技术及其国内外发展现状
• 1.3.1 离心铸造的简介
• 1.3.2 离心铸造技术的发展
• 1.3.3 发展离心铸造技术的新要求
• 1.3.4 研究离心铸造不同工艺参数的意义
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 第2章 离心铸造机及离心铸型的设计
• 2.1 离心铸造机设计部分
• 2.1.1 离心铸造实验设备设计的基本要求
• 2.1.2 消除立式离心铸造机振动的措施
• 2.1.3 安全保护措施
• 2.1.4 铸锭浇注系统及相关的参数
• 2.1.5 离心铸造机的设计及相关参数
• 2.2 离心铸型设计部分
• 2.2.1 两种铸件的特点
• 2.2.2 浇注系统的确定
• 2.2.3 拔模斜度的确定
• 2.3 离心铸造机控制仪设计
• 2.3.1 离心铸造机控制仪的特点
• 2.3.2 离心铸造机控制仪的相应参数
• 2.4 本章小节
• 第3章 离心铸造充型凝固过程数值模拟
• 3.1 基本控制方程
• 3.2 AnyCasting铸造模拟软件简介
• 3.2.1 AnyCasting软件的主要特色
• 3.2.2 AnyCasting 软件的模块组成
• 3.2.3 AnyCasting 软件的功能特征
• 3.3 ProCAST铸造模拟分析软件介绍
• 3.3.1 ProCAST软件的组成模块
• 3.3.2 ProCAST软件的特点
• 3.3.3 ProCAST软件的应用
• 3.4 有限元法及有限差分法简介
• 3.4.1 有限差分方法（FDM）
• 3.4.2 有限元方法（FEM）
• 3.4.3 采用基于有限元数值计算方法的ProCAST特点
• 3.5 基于AnyCasting重力充型数值模拟
• 3.6 基于ProCAST重力充型数值模拟
• 3.7 基于 ProCAST 软件的离心充型数值模拟
• 3.8 本章小节
• 第4章 金属离心铸造的实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验准备工作
• 4.2.1 铸型涂料的配制及作用
• 4.2.2 实验用合金的配制
• 4.3 离心浇注对比实验及分析
• 4.3.1 实验装置
• 4.3.2 离心铸造实验参数
• 4.3.3 不同工艺参数离心铸造实验的对比分析
• 4.4 离心铸造试样的制备与加工
• 4.4.1 取样
• 4.4.2 金相试样的制备
• 4.4.3 显微组织分析及相分析
• 4.5 宏观组织观察
• 4.6 微观组织分析
• 4.6.1 铸件微观组织观察
• 2的测算方法及计算式'>4.6.2 二次枝晶间距d₂的测算方法及计算式
• 4.7 小节 本章
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢