论文部分内容阅读
本文以ZL205A合金为研究材料,采用低压铸造方法浇注了带有壁厚差结构特征的大型筒形件,研究了复杂结构筒形件凝固过程的应力应变分布及变形规律,分析了筒形件变形机理,分析了冷却速率对铸件应力应变的影响,通过改进工艺方案控制铸件的凝固速率改善了大型铸件应力应变问题。对ZL205A细杆铸件凝固过程进行了应力场模拟,从流变学角度对铸件应力应变进行了分析,合金在固液两相区的流变模型符合经典五元件模型,合金即将结束凝固前的应变主要来源于宾汉体产生的应变,宾汉体具有松弛特性,松弛时间越长,合金应力越小,但应变越大。分析了冷却速率与屈服强度、响应时间的关系,通过拟合获得了屈服强度、响应时间二者与冷却速率的数学关系,关系表明铸件在冷却过程中存在临界冷却速率,当冷却速率小于临界冷却速率2.2℃/s时,屈服强度与冷却速率之间符合线性关系,冷却速率增大,屈服强度线性增大;当冷却速率大于临界冷却速率2.2℃/s时,屈服强度与冷却速率之间符合指数型关系,冷却速率增大,屈服强度呈指数增长。应变响应时间与冷却速率之间具有同屈服强度与冷却速率之间类似的数学关系,临界冷却速率同样是2.2℃/s。当应变响应时间大于凝固时间时铸件在凝固区间则不会产生塑性应变。对复杂结构筒形件进行了应力应变模拟,从轴向和径向不同角度分析了筒形件温度场和应力场的变化规律,发现了现有工艺方案存在的不足,利用上述规律对工艺方案进行了优化。对铸件施加内冷铁,铸件变形有所减小,但效果并不是很显著,对铸件工艺方案进行了二次优化,改进浇注系统,增加内浇道,布置内外冷铁,在铸件顶部安放冒口,铸件温度场分布更加均匀,不同部位的应力应变差异缩小,铸件变形量减小。与优化之前相比,铸件薄壁处平均等效应力从原来的150MPa减小到60MPa,热节区的平均等效应力从200MPa减小到70MPa,薄壁处平均应变从0.014降低到0.005,热节处平均应变由0.02降低到0.006,铸件应力应变都得到有效控制。因此通过合理施加冷铁和冒口,控制铸件温度场及凝固速率可以有效控制筒形件应力同时减小铸件应变。