鋁硅合金冷卻過程中溫度場與流場的模擬及固態(tài)微觀組織預測.pdf

1、Al-Si合金具有合金質(zhì)輕和優(yōu)良的鑄造性能，被廣泛應用于航空航天、電力、機械、交通運輸?shù)刃袠I(yè)。為提高其使用性能，需要改善硅鋁合金中初晶硅的形態(tài)，細化晶粒，其實質(zhì)就是控制冷卻過程的組織變化。而冷卻過程中溫度場和流場直接影響著溶質(zhì)的分布、液相結(jié)構(gòu)的變化，從而對凝固組織產(chǎn)生重大影響，而通過實驗很難測定冷卻過程中的溫度場和流場。本文通過計算機來研究Al-Si合金冷卻過程中的溫度場合流暢變化，并通過實驗進行驗證。
　　本文模擬了不同條件下A

2、l-Si合金冷卻過程中的溫度場和流場變化，得到了出口直徑為25mm、厚度為5mm的錐形管的錐度(δ:4°～6°)、長度(L:500mm～200mm)、其軸線與豎直方向的夾角(θ:0°～30°)、入口處熔體溫度(T0:800℃～950℃)對冷卻過程中熔體的溫度場和流場的影響，分析了溫度場和流場對合金凝固組成的影響。計算機模擬結(jié)果表明:
　　(1)錐形管內(nèi)合金熔體的溫度場比直管內(nèi)合金熔體的溫度場溫度調(diào)節(jié)能力好。當θ=0°，T0分別為7

3、50℃和800℃時，直管內(nèi)合金熔體的溫降分別為74.785℃和78.107℃;而錐形管內(nèi)T0分別為900和950℃時，合金熔體的溫降分別為226.9℃和239.8℃。當θ=30°，T0分別為750℃和800℃時，直管內(nèi)合金熔體的出口溫度為100.184℃和114.8℃;而錐形管T0分別為900℃和950℃時，合金熔體在出口處的溫度為189.8℃和226.6℃。同一截面上錐管內(nèi)熔體的溫度場分布比直管內(nèi)的熔體的溫度場分布更加均勻，由入口到出

4、口的地方，溫度梯度逐漸減小，有利于合金的結(jié)晶成型。
　　(2)當錐形管錐度在4°～6°、長度在500mm～200mm、進口處熔體溫度在800℃～950℃變化時，熔體溫度場的分布情況受到這四個因素和石墨管傾斜角度共同作用。同一錐形管，熔體進口溫度越高，在管道內(nèi)的溫降越大;錐度越大，熔體在管道內(nèi)的溫降越大。當θ=0°時，管內(nèi)熔體溫度場分布由邊部到心部比較均勻，形成一溫度梯度，邊部溫度低且溫降速度較快，心部溫度高且溫降速度較慢;當θ=3

5、0°時，溫度場分布受到重力的影響，分布不均勻。
　　(3)錐形管內(nèi)合金熔體的流場分布規(guī)律和溫度場的分布規(guī)律相似。但靠近入口管壁處速度有個轉(zhuǎn)折，這使得熔體進入后有個過渡過程，保證了流場的均勻性，進而影響了合金熔體的凝固。
　　(4)提出定量評價石墨管冷卻效果的公式，由此預測最優(yōu)的工藝參數(shù)為:石墨管管長為300mm，錐度為6°，出口內(nèi)徑為25mm，其軸線與豎直方向夾角為0°，熔體進口溫度為900℃。在此條件可得到細小、均勻合金組