Flow-3Dに基づく低圧ダイカストプロセスにおけるアルミニウム合金鋳物のエントレインメント挙動に関する研究

公開時間： 05 / 22 2021 著者：サイト編集者訪問：12274

自動車の軽量化に伴い、アルミニウム合金鋳物は自動車にますます広く使用されています。自動車の車体に使用される薄肉鋳造物の中には主に高圧鋳造物がありますが、ホイールハブ、エンジンブロック、シリンダーヘッドなどの複雑な構造の鋳造物は主に低圧鋳造物で形成されます。低圧鋳造は、安定した充填、制御可能な速度、および圧力下での凝固により、供給が容易になるという特徴があります。しかし、低圧鋳造の充填プロセスには十分な注意が払われていません。最近、一部の研究者は、低圧鋳造プロセスの加圧速度が速すぎると、溶融金属の充填速度が臨界充填速度値（0.5 m / s）を超え、エントレインメントとスラグの捕捉欠陥を引き起こすことを発見しました。、鋳造コストを削減します。機械的性質。低圧鋳造の充填プロセス中、鋳造の加圧速度と構造は、エントレインメントの欠陥に影響を与えます。したがって、この主題では、数値シミュレーションと実験を組み合わせて、構造と加圧速度が異なるXNUMXつのフラットキャスティングを比較します。エントレインメント欠陥の原因を明らかにし、低圧鋳造のスムーズな充填のプロセス設計のリファレンスを提供するための研究が行われています。

試験方法

主に鋳造構造と加圧速度が充填プロセスに及ぼす影響を調査します。そのため、図1に示すように、構造の異なる280つの単純なモデルを設計します。鋳造物のサイズは150mm×30mm×0mmです。 15つの平板鋳造物の中心位置は、滝構造の高さが異なります。ドロップの高さはそれぞれ30、XNUMX、XNUMXmmです。鋳造品の品質に対する構造の影響。

Flow-3Dソフトウェアを使用して、3つの異なるモデルと異なる充填圧力がシミュレートされました。ソフトウェアにエントレインメントモデルを適用して、さまざまなスキームの充填プロセス中のエントレインメント量を分析します。これらの5つのモデルをSTLファイルとして保存し、Flow-101Dにインポートします。鋳造メッシュは700万に分割されています。ソフトウェア独自のデータベースによると、鋳造材料はZL0.0019A、注入温度は13℃、合金粘度は250Pa•です。 s、金型材質はH2000鋼、予熱温度は1200℃です。これら600つのモデルでは、シミュレーション用に300、XNUMX、XNUMX、XNUMXPa / sのブースト速度を順番に入力します。

シミュレーション結果によると、エントレインメント量が最大および最小のモデルが試験生産用に選択されます。 ZL101Aは現場のガス炉で製錬され、Al-10SrおよびAl-5Ti-1Bマスター合金が改質および精製に使用されます。プロセスのパラメータ設計は、シミュレーションのパラメータ設定と一致しています。アルミニウム合金の状態の一貫性を確保するために、この実験はるつぼで完了しました。正常に製造された鋳物の鋳造時の機械的特性が分析されます。鋳造ごとに4つのM6引張サンプルが採取されます。サンプリング場所を図2に示します。各モデルは6つの鋳物、合計24の引張サンプルを分析し、国際引張試験を採用しています。標準DINEN ISO6892-1。機械的特性が最も低いサンプルを採取し、破壊分析にSEMを使用して、機械的特性の低下の根本原因を分析します。

図3.1に示すように、V3スキームを例として、充填プロセス中のエントレインメントの分布を観察します。充填時間が2.9秒の場合、溶融金属は着実に上昇することがわかります。充填物が3.6秒に達すると、溶融金属が滝の領域に入り、激しい乱流と深刻な巻き込みを引き起こします。充填プロセスが続くと、落下領域で生成されたエントレインメントガスは、溶融金属が上昇するにつれてランダムに鋳造物に分配されます。

シミュレーション結果は、さまざまな加圧速度で充填した後のさまざまなモデルの風量分布を示しています。モデルV1の風量は少なく、加圧速度が上がると風量がわずかに増加することがわかります。過給速度が上がるかどうかに関係なく、モデルV2とV3はエントレインメントの程度が異なり、分布も異なります。

ブースト速度と下降構造が風量に与える影響を明らかにするために、各スキームの風量を定量的に分析し、各スキームの風量をFlow-3Dから導出します。図5に示すように、エントレインメントの定量分析結果から、落下構造がない場合、ブースト速度の増加とともにエントレインメントの量が増加することがわかります。落下構造がある場合、エントレインメントの量は、ブースト速度の増加に伴って大幅に変化しません。同じ種類の増加圧力速度の下で、落下構造の高さを増加させると、エントレインメントの量が大幅に増加します。したがって、鋳造物の落下構造は、エントレインメントの量に影響を与える主な要因です。落下構造がない場合、加圧速度は同伴量に影響します。

機械的性質と破壊の実際の鋳造分析

V1モデルとV3モデルでは、同じ充填圧力速度300 Pa / sを生産試験生産に使用しました。各モデル12個が製作されました。鋳造品質が良く、輪郭がはっきりしていることがわかります。それらのうちの6つは引張試験棒の処理のために選ばれます。

鋳物の引張強度と伸びは、図7に示すように、引張試験により得られます。落下構造のない鋳物の引張強度と伸びは比較的安定しており、平均引張強度は191MPaであり、平均伸びは5.3％に達する可能性があります。一方、30mmの落下構造を持つ鋳物の引張強度と伸び伸びは比較的低い値です。平均引張強度は178MPaで、平均伸びはわずか3.8％です。図160に示すように、落下構造の引張強度が8MPa未満のサンプルを選択し、破壊のSEM分析を実行します。破壊の表面に比較的大きな同伴スケール欠陥があることがわかります。シミュレーション結果の分析と組み合わせると、主な理由は、落下構造で深刻なエントレインメント挙動が発生することです。

3まとめ

低圧鋳造の充填プロセスでは、落下構造がエントレインメントの主な原因であり、エントレインメントの量は落下構造の高さとともに増加します。
鋳物に落下構造があると、乱流が発生し、酸化物スケールが折りたたまれ、エントレインメント欠陥が形成され、鋳物の機械的特性が大幅に低下します。

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