專利名稱：金屬液凝固過程中預(yù)測(cè)縮松的方法及縮松連續(xù)預(yù)測(cè)方法
金屬液凝固過程中預(yù)測(cè)縮松的方法及縮松連續(xù)預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬液凝固過程中預(yù)測(cè)縮松的方法及縮松連續(xù)預(yù)測(cè)方法，尤其是 一種非晶合金液凝固過程中預(yù)測(cè)縮松的方法及縮松連續(xù)預(yù)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
鑄件的凝固過程除了固液界面遷移外，還伴隨著傳熱、傳質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，鑄件的許多缺 陷都與凝固過程密切相關(guān)。鑄件凝固過程的計(jì)算機(jī)仿真模擬，可以形象描述這一變化過程， 對(duì)于分析鑄造缺陷、預(yù)測(cè)鑄件質(zhì)量、優(yōu)化鑄造工藝有積極的作用。目前計(jì)算機(jī)在模擬鑄造過程中的應(yīng)用主要集中在以下4個(gè)方面充型凝固模擬、 縮孔縮松預(yù)測(cè)、凝固過程應(yīng)力模擬和凝固過程微觀組織模擬。其中，縮孔縮松預(yù)測(cè)尤其重要。為了預(yù)測(cè)鑄件縮松的產(chǎn)生及其程度(縮孔形狀、尺寸)，考慮了縮松生成的機(jī)理凝 固解析是必要的，但是嚴(yán)密的解析非常困難，實(shí)際上往往采用以下幾種簡(jiǎn)易方法來預(yù)測(cè)它 們的產(chǎn)生1、等溫度、等固相率曲線法。(1)固相線溫度法，判斷縮松產(chǎn)生的條件是發(fā)生在 gs = 1的閉回路中；⑵臨界固相率法，判斷縮松產(chǎn)生的條件是發(fā)生在gs = gsc的閉回路中。 但是以上方法在閉回路不存在時(shí)難以判斷。2、溫度梯度法，判斷縮松產(chǎn)生條件是gs= 1或 gs = gsc時(shí)的最大溫度G彡臨界值。該方法比較簡(jiǎn)便，但是由于臨界溫度梯度隨形狀、冷卻 速率而異，所以預(yù)測(cè)精度很低。3、固相率梯度法。判斷縮松產(chǎn)生條件是gs = 1或gs = gsc 時(shí)的最大固相率<臨界值。該方法比較適合共晶合金凝固過程的縮松預(yù)測(cè)；當(dāng)固相率和溫 度的關(guān)系為1對(duì)1時(shí)與溫度梯度發(fā)生等同。目前主要應(yīng)用的預(yù)測(cè)縮松的判據(jù)是< C ,其中G是溫度梯度(K/cm)，R是冷 卻速率(K/min)，C是臨界值。但是該方法對(duì)合金凝固過程縮松預(yù)測(cè)的精度較低。

發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)合金凝固過程縮松預(yù)測(cè)的精度較低的問題，本發(fā)明提供了 一種金屬液凝固過程中預(yù)測(cè)縮松的方法及縮松連續(xù)預(yù)測(cè)方法，該方法對(duì)合金液凝固過程縮 松預(yù)測(cè)的精度高，并且應(yīng)用范圍廣。本發(fā)明公開的金屬液凝固過程中預(yù)測(cè)縮松的方法包括(I)、獲取金屬液的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)；(II)、選取進(jìn)行預(yù)測(cè)的單元為當(dāng)前單元，結(jié)合所述溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)，獲取當(dāng)前單元的壓 力P、粘度梯度Gv、冷卻速率R以及臨界值C ；(III)、根據(jù)獲得的P、Gv、R以及C值，按照判據(jù)Ρ·σν/^《 進(jìn)行判斷，如果滿 足上述判據(jù)，則可判斷當(dāng)前單元為縮松單元。本發(fā)明公開的縮松連續(xù)預(yù)測(cè)方法，包括(1)、計(jì)算金屬液的溫度場(chǎng)；(2)、根據(jù)溫度場(chǎng)確定金屬液是否即將凝固，如果確定不是即將凝固，則返回步驟
3(1)繼續(xù)計(jì)算溫度場(chǎng)；如果確定即將凝固，則根據(jù)上述金屬液凝固過程中預(yù)測(cè)縮松的方法 進(jìn)行判斷。通過上述方法，對(duì)金屬液凝固過程中縮松預(yù)測(cè)的精度高。并且該方法可以對(duì)各種 晶體或非晶合金熔液的凝固過程進(jìn)行預(yù)測(cè)，應(yīng)用范圍廣。

圖1為本發(fā)明公開的金屬液凝固過程中預(yù)測(cè)縮松方法的流程圖。
具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明公開的金屬液凝固過程中預(yù)測(cè)縮松的方法，包括(I)、獲取金屬液的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)；(II)、選取進(jìn)行預(yù)測(cè)的單元為當(dāng)前單元，結(jié)合所述溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)，獲取當(dāng)前單元的壓 力P、粘度梯度Gv、冷卻速率R以及臨界值C ；(III)、根據(jù)獲得的P、Gv、R以及C值，按照判據(jù)P.GVS C進(jìn)行判斷，如果滿 足上述判據(jù)，則可判斷當(dāng)前單元為縮松單元。根據(jù)本發(fā)明公開的上述方法，與現(xiàn)有的縮松判據(jù)相比，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，引入了另一金 屬液的壓力P作為判據(jù)影響因素，能提高判斷的準(zhǔn)確性。同時(shí)，本發(fā)明的發(fā)明人根據(jù)金屬 液凝固過程中的各種因素的綜合分析，提出了以粘度梯度Gv作為判據(jù)的一大影響因素，從 而形成了上述判據(jù)P. Gv//R<C。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在引入壓力P后，能提高判斷的精確度。并 且，相比于傳統(tǒng)的固相率梯度判據(jù)，本發(fā)明通過采用在本領(lǐng)域未嘗使用過的粘度梯度判據(jù)， 能對(duì)包括晶體、非晶等各種形態(tài)的金屬的凝固過程實(shí)現(xiàn)縮松預(yù)測(cè)，擴(kuò)大的應(yīng)用的范圍；預(yù)測(cè) 的精度也得到了進(jìn)一步提高。采用本發(fā)明公開的方法對(duì)金屬液凝固過程中縮松情況進(jìn)行判 斷后，有利于技術(shù)人員對(duì)金屬的熔煉工藝進(jìn)行調(diào)整。在上述判據(jù)中，壓力P的單位為Pa，粘度梯度Gv的單位為kg/(m2. s)，冷卻速率R 的單位為K/min。在本發(fā)明中，步驟⑴中溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)可通過現(xiàn)有的各種方法得到，如可以通過傳 熱學(xué)基本方程計(jì)算得到。鑄件凝固過程實(shí)際上是“鑄件_鑄型-環(huán)境”之間的不穩(wěn)定熱交換過程。在鑄件 凝固過程中基本上包括了傳熱中的所有現(xiàn)象熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射。1、熱傳導(dǎo)換熱熱傳導(dǎo)簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱，它屬于接觸傳熱，是連續(xù)介質(zhì)在沒有物質(zhì)之間各部分相對(duì)位移 的情況下，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱振動(dòng)進(jìn)行的熱量傳遞。在密實(shí)的不透 明的固體中，只能依靠導(dǎo)熱方式傳遞熱量。對(duì)于多維溫度場(chǎng)的確定，須以能量守恒和傅立葉定律為基礎(chǔ)，分析導(dǎo)熱體中的微 元體，得出表示導(dǎo)熱現(xiàn)象基本規(guī)律的三維熱傳導(dǎo)的微分方程
權(quán)利要求
一種金屬液凝固過程中預(yù)測(cè)縮松的方法，包括(I)、獲取金屬液的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)；(II)、選取進(jìn)行預(yù)測(cè)的單元為當(dāng)前單元，結(jié)合所述溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)，獲取當(dāng)前單元的壓力P、粘度梯度Gv、冷卻速率R以及臨界值C；(III)、根據(jù)獲得的P、Gv、R以及C值，按照判據(jù)進(jìn)行判斷，如果滿足上述判據(jù)，則可判斷當(dāng)前單元為縮松單元。F200910109137XC0000011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟(I)中溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)通過傳熱學(xué)方程計(jì)算 得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述壓力P的獲取方法為根據(jù)所述溫度場(chǎng)數(shù) 據(jù)，采用流場(chǎng)模擬法進(jìn)行計(jì)算，得到當(dāng)前單元的壓力P。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述粘度梯度Gv的獲取方法為選取與當(dāng)前單元相鄰的26個(gè)相鄰單元，所述26個(gè)相鄰單元為與當(dāng)前單元面相鄰的6 個(gè)單元，與當(dāng)前單元棱相鄰的12個(gè)單元和與當(dāng)前單元頂點(diǎn)相鄰的8個(gè)單元，當(dāng)前單元與各 個(gè)相鄰單元的距離是當(dāng)前單元中心點(diǎn)與相鄰單元中心點(diǎn)之間的距離；獲得當(dāng)前單元及26個(gè)相鄰單元的粘度值；取當(dāng)前單元與某相鄰單元的粘度值之差除以當(dāng)前單元與該相鄰單元的距離，得到一個(gè) 商值，重復(fù)該步驟，然后取商值最大的為粘度梯度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述當(dāng)前單元的冷卻速率R的獲取方法為取當(dāng) 前單元在當(dāng)前時(shí)刻的溫度與前一時(shí)刻溫度的差值，用該差值除以時(shí)間步長(zhǎng)，得到當(dāng)前單元 的冷卻速率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述臨界值C的獲取方法為通過實(shí)際壓鑄與模 擬相結(jié)合，并進(jìn)行修正得到。
7.一種縮松連續(xù)預(yù)測(cè)方法，包括(1)、計(jì)算金屬液的溫度場(chǎng)；(2)、根據(jù)溫度場(chǎng)確定金屬液是否即將凝固，如果確定不是即將凝固，則返回步驟(1) 繼續(xù)計(jì)算溫度場(chǎng)；如果確定即將凝固，則根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的金屬液凝固 過程中預(yù)測(cè)縮松的方法進(jìn)行判斷。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的縮松連續(xù)預(yù)測(cè)方法，其中，步驟(1)中所述的溫度場(chǎng)通過傳熱 學(xué)方程計(jì)算得到。
全文摘要
本發(fā)明公開了金屬液凝固過程中預(yù)測(cè)縮松的方法及縮松連續(xù)預(yù)測(cè)方法。金屬液凝固過程中預(yù)測(cè)縮松的方法，包括(I)獲取金屬液的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)；(II)選取進(jìn)行預(yù)測(cè)的單元為當(dāng)前單元，結(jié)合所述溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)，獲取當(dāng)前單元的壓力P、粘度梯度Gv、冷卻速率R以及臨界值C；(III)根據(jù)獲得的P、Gv、R以及C值，按照判據(jù)進(jìn)行判斷，如果滿足上述判據(jù)，則可判斷當(dāng)前單元為縮松單元。通過上述方法，對(duì)金屬液凝固過程中縮松預(yù)測(cè)的精度高。并且該方法可以對(duì)各種晶體或非晶合金熔液的凝固過程進(jìn)行預(yù)測(cè)，應(yīng)用范圍廣。
文檔編號(hào)G01N33/20GK101963608SQ20091010913
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2009年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月25日
發(fā)明者吳波, 孫亞軒, 宮清, 郝良品 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司