垂直向上凝固Al-Cu铸件中微观孔洞形成的数值模拟

金属学报, 2008, 44(11): 1340-1347. doi: 10.3321/j.issn:0412-1961.2008.11.011

垂直向上凝固Al-Cu铸件中微观孔洞形成的数值模拟

赵海东 ^1, , 吴朝忠 ^2, , 李元元 ^3, , 大中逸雄 ^4,

1.华南理工大学机械工程学院,广州,510640

2.华南理工大学机械工程学院,广州,510640

3.华南理工大学机械工程学院,广州,510640

4.大阪大学智能工专系,大阪,5650871

基金项目: 日本产学官联合革新的铸造模拟技术项目(11305054) 教育部留学回国人员科研启动基金(2004527) 教育部科学技术研究重点项目(105138)

关键词：微观孔洞 , 数值模拟 , Al-Cu铸件 , 氢宏观偏析

MODELING OF MICROPOROSITY FORMATION IN UPWARD VERTICALLY SOLIDIFIED Al-Cu CASTING

基于枝晶间流动的Darcy定律,考虑了凝固过程氢的宏观扩散与传输,建立了耦合氢宏观偏析的铝合金铸件微观孔洞形成的数学模型,并进行了实时熔炼的Al-4.5%Cu(质量分数)铸件的垂直向上凝固实验,铸件微观组织和孔洞的分析结果表明:铸件沿着高度方向包括了柱状晶、柱状晶向等轴晶转变(CET)和等轴晶3个区域;柱状晶区域内微观孔洞体积分数存在递减的分布规律,且邻近底部冷模的试样微观孔洞体积分数最大.采用所建立的模型对实验铸件微观孔洞形成进行了模拟,模拟结果与实验结果吻合较好;而当忽略氢宏观偏析时,模拟结果与实验结果存在较大误差.研究表明,氢的宏观偏析对微观孔洞的形核与分布具有重要影响.

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