Сибирский федеральный университет

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2019

Идентификатор DOI: 10.17580/tsm.2019.09.12

Ключевые слова: CASTing, aluminium alloys, Small Ingot, shrinkage porosity, crystallization, mould, литье, алюминиевые сплавы, малогабаритная чушка, усадочная пористость, кристаллизация, изложница

Аннотация: Cмоделирован процесс заливки и кристаллизации малогабаритной чушки из алюминиевых сплавов с целью выявления и снижения количества таких литейных дефектов, как усадочная пористость в теле отливки. Расчет гидродинамической задачи заливки сплава в изложницу проводили на базе программного комплекса ProCAST с использованием алгоритма «пересекающихся сеток». В качестве материала для слитка был выбран стандартный сплав А356, в качестве материала изложницы - серый чугун (СЧ20). С использованием термодинамической базы данных были рассчитаны температурные зависимости теплопроводности, плотности, динамической вязкости и соотношения твердой и жидкой фаз сплава данного состава. Для решения поставленной задачи была построена рабочая модель изложницы со слитком. Разбиение на конечно-элементную тетрагональную сетку выполнено в программном модуле Mesh_Cast. Количество объемных элементов составило 2 012 845. Установлено, что утепление верхней части изложницы посредством установки специальных отражающих экранов для снижения теплоотдачи излучением с поверхности жидкого металла во время кристаллизации не дает существенного эффекта. Изменения внешней конфигурации изложницы, включающие увеличение толщины днища для повышения его аккумулирующей способности и сохранения жидкими нижних слоев металла в форме, к положительному результату не привели. Увеличение приливов на дне изложницы на 10 мм дает снижение пористости на 10-15 % на поверхности в зоне приливов, однако в целом усадочная пористость в теле чушки остается на прежнем уровне. Увеличение выработок для замков во внутренней части изложницы позволяет развести зону пористости в торцы формы, перераспределяет зону пористости в горизонтальной плоскости. Модернизированная форма с ребрами охлаждения в донной части изложницы немного перераспределяет зону пористости в вертикальном и горизонтальном направлениях, однако существенного эффекта по сравнению с базовой конструкцией не дает. Дополнительный расчет изложницы «Бефеса», характеризующейся ступенчатой конфигурацией формы, дает наиболее приемлемую пористость в теле чушки. In order to determine and minimise the number of such casting defects as shrinkage porosity in the body of a casting, casting and crystallization of a small aluminium ingot have been simulated. The hydrodynamic problem of alloy casting in the mould was calculated with the help of ProCAST and the overlaid grids. The standard А356 alloy was used as the ingot material, while the mould was made of grey iron (SCh20). A thermodynamic database was used to calculate the temperature effect on heat conductivity, density, dynamic viscosity and the ratio between the solid and liquid phases of that particular alloy. To solve this problem, a work model was built of a mould with an ingot. A finite element tetragonal mesh was created in the Mesh_Cast module. The mesh included 2,012,845 finite elements. It was found that the use of special reflecting barriers to minimise heat dissipation during crystallization didn’t prove to be effective. Modification of the mould, i.e. making the bottom of the mould thicker to increase its accumulative capacity and prevent solidification of the lower layers of metal, failed to yield any positive result. A 10 mm rise in the bottom padding leads to a 10-15% reduction in porosity in the surface padding area. However, it didn’t produce any noticeable effect on the shrinkage porosity in the casting body. Bigger slots inside the mould help split the porosity zone pushing it towards the ends of the mould and redistributing it in the horizontal plane. The use of cooling fins at the bottom of the mould leads to some redistribution of the porosity zone both vertically and horizontally. However, this design doesn’t appear to make a huge difference. The most acceptable porosity in the casting body can be achieved with the Befesa mould which has a stepped design.

Журнал: Цветные металлы

Выпуск журнала: №9

Номера страниц: 75-79

ISSN журнала: 03722929

Место издания: Москва

Издатель: Издательский дом "Руда и металлы"

• Ильин А. А. (ООО «РУСАЛ ИТЦ»)
• Солдатов С. В. (ООО «РУСАЛ ИТЦ»)
• Белоусова Н. В. (Сибирский федеральный университет)

• Ядро РИНЦ (eLIBRARY.RU)
• Список ВАК