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离心铸造装置设计及充型凝固过程实验研究与数值模拟

作　者: 宋广
导　师: 徐达鸣
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 钛合金离心铸造数值模拟二次枝晶间距
分类号: TG249.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 93次
引　用: 1次
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内容摘要

钛合金是发展航空航天和国防尖端技术必不可少的高技术新材料。精密铸造已成为最成功且应用最广泛钛合金零件的近终形加工技术。由于钛的熔点高,性质活泼,易于氧化,采用普通熔炼设备难以实现。而采用先进的水冷铜坩埚真空感应熔化浇铸炉进行实验,不仅费用高,且实验周期长。本文利用实验室现有的铸锭浇注系统,自行设计离心铸造机并进行离心浇注实验。采用可在非真空条件下离心铸造的Al-Cu%合金作为研究对象,来研究不同离心转速,不同浇注温度条件下铝合金的组织变化规律,包括宏观晶粒组织,微观的枝晶间距等;并通过计算机模拟优化实验方案,为最终进行的钛合金离心铸造实验提供依据。本论文具体完成了以下内容:利用AutoCAD设计绘图软件,完成了离心铸造机、离心铸型以及离心控制仪的结构设计,并且完成离心铸造实验设备及控制仪接线组装及安装调试。利用Pro-E和SolidWorks软件进行离心铸造系统的实体造型,采用AnyCasting及ProCAST等模拟软件对离心铸造的充型过程进行数值模拟,包括重力充型以及离心充型。熔配实验合金,利用自行设计的实验装置进行了不同离心转速,不同浇注温度条件下实验,观察不同离心转速,不同浇注温度条件下充型情况及铸件凝固组织(二次枝晶间距),进行了相关分析。实现了改进实验参数,优化实验方案的目的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题背景  9
  1.2 离心铸造钛合金及其意义  9-12
    1.2.1 钛合金  9-10
    1.2.2 离心铸造钛合金的意义  10-12
  1.3 离心铸造技术及其国内外发展现状  12-18
    1.3.1 离心铸造的简介  12-15
    1.3.2 离心铸造技术的发展  15-17
    1.3.3 发展离心铸造技术的新要求  17
    1.3.4 研究离心铸造不同工艺参数的意义  17-18
  1.4 本论文研究的主要内容  18-19
第2章离心铸造机及离心铸型的设计  19-41
  2.1 离心铸造机设计部分  19-32
    2.1.1 离心铸造实验设备设计的基本要求  19
    2.1.2 消除立式离心铸造机振动的措施  19-20
    2.1.3 安全保护措施  20-21
    2.1.4 铸锭浇注系统及相关的参数  21-22
    2.1.5 离心铸造机的设计及相关参数  22-32
  2.2 离心铸型设计部分  32-37
    2.2.1 两种铸件的特点  32-36
    2.2.2 浇注系统的确定  36-37
    2.2.3 拔模斜度的确定  37
  2.3 离心铸造机控制仪设计  37-40
    2.3.1 离心铸造机控制仪的特点  37-39
    2.3.2 离心铸造机控制仪的相应参数  39-40
  2.4 本章小节  40-41
第3章离心铸造充型凝固过程数值模拟  41-74
  3.1 基本控制方程  41-43
  3.2 AnyCasting铸造模拟软件简介  43-46
    3.2.1 AnyCasting软件的主要特色  43-44
    3.2.2 AnyCasting 软件的模块组成  44-45
    3.2.3 AnyCasting 软件的功能特征  45-46
  3.3 ProCAST铸造模拟分析软件介绍  46-50
    3.3.1 ProCAST软件的组成模块  47
    3.3.2 ProCAST软件的特点  47-48
    3.3.3 ProCAST软件的应用  48-50
  3.4 有限元法及有限差分法简介  50-52
    3.4.1 有限差分方法(FDM)  50
    3.4.2 有限元方法(FEM)  50-52
    3.4.3 采用基于有限元数值计算方法的ProCAST特点  52
  3.5 基于AnyCasting重力充型数值模拟  52-59
  3.6 基于ProCAST重力充型数值模拟  59-65
  3.7 基于 ProCAST 软件的离心充型数值模拟  65-73
  3.8 本章小节  73-74
第4章金属离心铸造的实验研究  74-87
  4.1 引言  74
  4.2 实验准备工作  74-75
    4.2.1 铸型涂料的配制及作用  74-75
    4.2.2 实验用合金的配制  75
  4.3 离心浇注对比实验及分析  75-79
    4.3.1 实验装置  75-76
    4.3.2 离心铸造实验参数  76-78
    4.3.3 不同工艺参数离心铸造实验的对比分析  78-79
  4.4 离心铸造试样的制备与加工  79-81
    4.4.1 取样  79-80
    4.4.2 金相试样的制备  80
    4.4.3 显微组织分析及相分析  80-81
  4.5 宏观组织观察  81-83
  4.6 微观组织分析  83-86
    4.6.1 铸件微观组织观察  83-84
    4.6.2 二次枝晶间距d_2的测算方法及计算式  84-86
  4.7 小节本章  86-87
结论  87-88
参考文献  88-91
附录  91-100
致谢  100

离心铸造装置设计及充型凝固过程实验研究与数值模拟

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