Investigación sobre el comportamiento de arrastre de piezas de fundición de aleación de aluminio en el proceso de fundición a presión a baja presión basado en Flow-3D

Con el desarrollo de los automóviles ligeros, las fundiciones de aleación de aluminio se utilizan cada vez más en los automóviles. Algunas piezas de fundición de paredes delgadas que se utilizan en las carrocerías de automóviles son principalmente piezas de fundición a alta presión, mientras que algunas piezas de fundición de estructura compleja, como cubos de ruedas, bloques de motor y culatas de cilindros, se forman principalmente mediante fundición a baja presión. La fundición a baja presión tiene las características de llenado estable, velocidad controlable y solidificación bajo presión para facilitar la alimentación. Sin embargo, no se ha prestado suficiente atención al proceso de llenado de la fundición a baja presión. Recientemente, algunos investigadores han descubierto que si la velocidad de presurización en el proceso de fundición a baja presión es demasiado rápida, la velocidad de llenado del metal fundido superará el valor crítico de la velocidad de llenado (0.5 m / s), lo que provocará defectos de arrastre y atrapamiento de escoria. y reducir el costo de fundición. Propiedades mecánicas. Durante el proceso de llenado de la fundición a baja presión, la velocidad de presurización y la estructura de la fundición tendrán un impacto en los defectos de arrastre. Por lo tanto, esta asignatura combina la simulación numérica y la experimentación para comparar tres fundiciones planas con diferentes estructuras y diferentes velocidades de presurización. Se han realizado investigaciones para aclarar las causas de los defectos de arrastre y proporcionar una referencia para el diseño del proceso de llenado suave de piezas de fundición a baja presión.

Método de prueba

Investigue principalmente la influencia de la estructura de fundición y la velocidad de presurización en el proceso de llenado. Por tanto, se diseñan tres modelos sencillos con diferentes estructuras, como se muestra en la Figura 1. El tamaño de la pieza fundida es de 280 mm × 150 mm × 30 mm. Las posiciones centrales de las tres piezas fundidas de placa plana tienen diferentes alturas de la estructura de la cascada. Las alturas de caída son 0, 15 y 30 mm respectivamente. La influencia de la estructura en la calidad de las piezas fundidas.

Utilizando el software Flow-3D, se simularon tres modelos diferentes y diferentes presiones de llenado. Aplicar el modelo de arrastre en el software para analizar el volumen de arrastre durante el proceso de llenado de diferentes esquemas. Guarde estos tres modelos como archivos STL e impórtelos en Flow-3D. La malla de fundición se divide en 5 millones. El material de fundición es ZL101A, la temperatura de vertido es de 700 ℃ y la viscosidad de la aleación es de 0.0019 Pa • según la propia base de datos del software. s, el material del molde es acero H13 y la temperatura de precalentamiento es de 250 ℃. Para estos tres modelos, ingrese las velocidades de impulso de 2000, 1200, 600 y 300 Pa / s en secuencia para la simulación

De acuerdo con los resultados de la simulación, el modelo con el mayor y el menor volumen de arrastre se selecciona para la producción de prueba. El ZL101A se funde en un horno de gas en el sitio, y las aleaciones maestras Al-10Sr y Al-5Ti-1B se utilizan para la modificación y el refinamiento. El diseño de parámetros del proceso es consistente con la configuración de parámetros de la simulación. Para asegurar la consistencia del estado de la aleación de aluminio, este experimento se completó en un crisol. Se analizan las propiedades mecánicas recién fundidas de las piezas fundidas producidas con éxito. Se toman 4 muestras de tracción M6 para cada colada. La ubicación del muestreo se muestra en la Figura 2. Cada modelo analiza 6 piezas fundidas, un total de 24 muestras de tracción y se adopta la prueba de tracción internacional. Norma DIN EN ISO 6892-1. Tome muestras con las propiedades mecánicas más bajas y utilice SEM para el análisis de fracturas para analizar las causas fundamentales de las propiedades mecánicas reducidas.

Tome el esquema V3.1 como ejemplo para observar la distribución del arrastre durante el proceso de llenado, como se muestra en la Figura 3. Se puede ver que cuando el tiempo de llenado es de 2.9 s, el metal fundido aumenta de manera constante; cuando el llenado alcanza los 3.6 s, el metal fundido ingresa al área de la cascada, causando fuertes turbulencias y serios arrastres; a medida que continúa el proceso de llenado, el gas de arrastre generado en el área de caída se distribuirá aleatoriamente en la pieza fundida a medida que el metal fundido ascienda.

Los resultados de la simulación muestran la distribución del volumen de aire de diferentes modelos después del llenado a diferentes velocidades de presurización. Se puede ver que el volumen de aire del modelo V1 es menor y el volumen de aire aumenta ligeramente a medida que aumenta la velocidad de presurización. Independientemente de si la velocidad de sobrealimentación aumenta o no, los modelos V2 y V3 tienen diferentes grados de arrastre y la distribución es diferente.

Para aclarar el impacto de la velocidad de impulso y la estructura descendente en el volumen de volumen de aire, el volumen de volumen de aire de cada esquema se analiza cuantitativamente, y el volumen de volumen de aire de cada esquema se deriva de Flow-3D, como mostrado en la Figura 5. Puede verse a partir de los resultados del análisis cuantitativo del arrastre que cuando no hay una estructura descendente, la cantidad de arrastre aumenta con el aumento de la velocidad de impulso; cuando hay una estructura que cae, la cantidad de arrastre no cambia significativamente con el aumento de la velocidad de impulso; el mismo tipo de aumento Bajo la velocidad de presión, aumente la altura de la estructura que cae y el volumen de arrastre aumentará significativamente. Por lo tanto, la estructura de caída en la fundición es el factor principal que afecta el volumen de arrastre. Cuando no hay una estructura descendente, la velocidad de presurización afectará el volumen de arrastre.

El análisis real de las piezas de fundición de las propiedades mecánicas y la fractura 

Para el modelo V1 y el modelo V3, se utilizó la misma velocidad de presión de llenado de 300 Pa / s para la producción de prueba. Se produjeron 12 piezas de cada modelo. Se puede ver que la calidad del casting es buena y el contorno es claro. 6 de ellos se seleccionan para el procesamiento de barras de prueba de tracción.

La resistencia a la tracción y el alargamiento de la pieza fundida se pueden obtener a través de la prueba de tracción, como se muestra en la Figura 7. Se puede ver que la resistencia a la tracción y el alargamiento de las piezas fundidas sin estructura descendente son relativamente estables, la resistencia a la tracción promedio es de 191MPa, y la el alargamiento medio puede alcanzar el 5.3%; mientras que la resistencia a la tracción y el alargamiento de piezas fundidas con estructura de caída de 30 mm El alargamiento tiene algunos valores relativamente bajos. La resistencia a la tracción promedio es de 178 MPa y el alargamiento promedio es solo del 3.8%. Seleccione la muestra con la resistencia a la tracción inferior a 160MPa en la estructura en caída y realice un análisis SEM en la fractura, como se muestra en la Figura 8. Se puede ver que hay defectos de escala arrastrada relativamente grandes en la superficie de la fractura. Combinado con el análisis de los resultados de la simulación, la razón principal es que se produce un comportamiento de arrastre serio en la estructura de caída.

Conclusión 3

1. Durante el proceso de llenado de la fundición a baja presión, la estructura que cae es la principal causa de arrastre, y el volumen de arrastre aumenta con la altura de la estructura que cae.
2. Si hay una estructura que cae en la fundición, se generarán turbulencias, la cascarilla de óxido se doblará, la formación de defectos de arrastre y las propiedades mecánicas de la fundición se reducirán en gran medida.

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