[發明專利]一種鎂、鋁合金鑄件凝固過程中熱裂紋的預測方法

有效

• 申請號: 201910440113.6
• 申請日: 2019-05-24
• 公開（公告）號: CN110111861B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 王科;付彭懷;彭立明;王迎新
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海輕合金精密成型國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G06F30/20;G06F111/04;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明公開了一種鎂、鋁合金鑄件凝固過程中熱裂紋的預測方法；根據LRGⁿ與M₀的大小來判斷鑄造過程中是否產生熱裂紋，其中，L是鑄件中的約束段長度，單位m；R是約束段內各點的平均冷卻速率，單位℃/s；G是約束段內各點的溫度梯度，單位℃/m；n是溫度梯度的影響因子，取1.5；M₀是臨界值；當鑄件某位置LRGⁿM₀時，則該位置會出現熱裂紋；當鑄件中所有位置LRGⁿ≤M₀，則鑄件沒有熱裂紋風險。本發明提供的預測方法不需要合金完整的材料力學性能數據庫，判據中的L，R和G可以直接從鑄造仿真計算中獲得，臨界值M₀通過簡單的實驗與仿真計算即可獲得，因此，本發明提供的熱裂預測方法操作更加簡單，適用性更廣。

技術領域

本發明屬于金屬鑄造領域，具體涉及到一種鎂、鋁合金鑄件凝固過程中熱裂紋的預測方法。

背景技術

在實際鑄件生產過程中，人們常常借助鑄造數值仿真技術/軟件進行鑄件鑄造工藝設計，通過優化澆注系統，降低甚至消除鑄件中的縮松、縮孔、氧化皮、裂紋等鑄造缺陷。其中，熱裂紋是一種十分嚴重并且不可修復的鑄造缺陷，常見于鋼鐵、鋁合金和鎂合金鑄件的生產過程，它會嚴重影響鑄件的質量和使用壽命，多數情況下，熱裂紋直接導致鑄件報廢。因此，熱裂紋的預測具有重要的科研和實用價值。

目前，對于鑄件熱裂紋的預測主要建立在鑄件凝固過程中應力-應變數值仿真的基礎上：如，鑄造仿真軟件ProCAST中提供的預測鑄件熱裂紋位置的判據HTI，它基于多孔材料塑性變形理論框架Gurson模型，通過計算網格中每個節點固相分數在CRITFS(晶粒互相接觸在一起時的固相率，通常為50％和99％之間)期間的塑性總應變大小，來衡量鑄件在不同節點處熱裂敏感性大小；鑄造仿真軟件MAGMAsoft是通過粘塑性變形模型來預測熱裂紋的形成與否，其中應變包括彈性應變、熱應變和粘塑性應變。為了預測熱裂紋，應力-應變仿真計算需要知道材料完整的力學性能數據庫，包括彈性模量、泊松比、屈服強度、加工硬化、應變速率敏感指數等隨著溫度的變化情況，特別是固相線附近的數據。這些數據檢測費時費力，多數合金都沒有如此完整的力學性能數據庫。所以，基于應力-應變仿真計算的熱裂紋預測僅僅適用于少數具有完整材料數據庫的合金。因此，急需要一種簡單的方法對鑄件的熱裂紋進行有效的預測，特別是新型合金。

發明內容

現有熱裂紋預測需要完整的材料力學性能數據庫，包括彈性模量、泊松比、屈服強度、加工硬化率、應變速率敏感指數等隨著溫度變化的量化關系，而常規新型合金又無法便捷的獲得這些數據。針對該技術難題，本發明提供了一種基于鑄件凝固溫度場數值仿真的鎂、鋁合金鑄件凝固過程中熱裂紋的預測方法。由于鑄件溫度場的數值仿真技術已經十分成熟，所有的鑄造仿真軟件都具備該功能，因此本發明提供的熱裂紋預測方法，適用范圍廣，可以輕松實現新型金屬的熱裂紋預測。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明涉及一種鎂、鋁合金鑄件凝固過程中熱裂紋的預測方法，所述方法包括如下步驟：

S1、根據公式M＝LRGⁿ計算M值；其中，L是鑄件中的約束段長度，單位m；R是約束段內各點的平均冷卻速率，單位℃/s；G是約束段內各點的溫度梯度，單位℃/m；n是溫度梯度的影響因子，取1.5；

S2、通過M與M₀的大小來判斷鎂、鋁合金鑄件鑄造過程中是否產生熱裂紋：當鑄件某位置MM₀時，則該位置會出現熱裂紋；當鑄件中所有位置M≤M₀，則鑄件沒有熱裂紋風險；其中，M₀是鑄件產生熱裂紋的臨界值。