铸铁模拟仿真工程应用

Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.铸铁及精铸模拟仿真工程应用1Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.针对国内用户使用中存在的问题：不使用微观组织模块进行铸铁工艺仿真精密铸造时并不计算辐射传热对Procast相关模块的功能进行介绍微观组织模块-铸铁辐射模块-熔模精密铸造软件使用时的一些问题解决方法、技巧模壳局部特殊材料或涂料的处理铸字的去除概述2Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.实际生产中对铸铁件质量(缩孔疏松)影响因素碳当量(CE越高，缺陷少但性能会降低)型砂刚度(型砂刚度越高，缺陷少但易出现裂纹缺陷)孕育情况(孕育效果：型内随流包内，缺陷少但易有夹渣缺陷)孕育衰退(高效孕育剂或快速浇注：缺陷少但成本上升、易卷气)浇注温度(温度越低，缺陷少但易出现夹杂、浇不足、褶皱等缺陷)所以每个用户的实际情况可能都是不同的：冷却速度、取样位臵、性能要求等-碳当量(同一牌号在不同厂家或同一厂家不同零件上都可能是不同)、浇注温度造型方式：机器造型(气冲、震动)；手工造型(摏砂力度、次数)孕育情况：孕育方式(包内、随流)；孕育剂(普通、重稀土)；冶炼方式(电炉、冲天炉+电炉双联冶炼)国内用户ProCAST铸铁工艺应用情况分析3Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.ProCAST软件的微观组织模块可以针对现场不同工艺参数进行设臵并进行相关工艺仿真：材料化学成分-密度曲线MOLDRIG-砂型刚度GRAPHITE-孕育情况MGTREAT-孕育至计算的时间FADING-孕育衰退根据我们了解，国内从事铸铁件生产的一些ProCAST用户，在购买时并没有购买微观组织模块，或购买了该模块但仿真时并没有真正应用。国内用户ProCAST铸铁工艺应用情况分析4Copyright©ESIGroup,2011.Allrightsreserved.5石墨化膨胀效果Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.正确使用ProCAST仿真铸铁工艺微观组织模块666微观组织模块可以计算得到基于合金的化学成分的各种微观组织结果在凝固过程中能生成多种相包括枝晶尺寸、枝晶间距和各种相的分数铸铁:石墨化膨胀对缩松的影响机械性能•Fe-基:布氏硬度与合金的计算材料热物性相关联thermodynamicdatabases(Computherm)Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.正确使用ProCAST仿真铸铁工艺微观组织模块777耦合微观组织模块计算精确铸铁件的致密度缺陷：(石墨化膨胀)在实际铸铁件生产时，石墨化膨胀取决于铸件的微观组织。微观组织模块计算时，会计算每一时间步每一节点的微观组织和密度曲线(包括石墨化膨胀)在铸铁工艺仿真时，耦合热、微观组织计算，使仿真结果更加精确铸铁件的铸造工艺精确仿真，微观组织模块是必需的。Copyright©ESIGroup,2011.Allrightsreserved.8微观组织晶粒尺寸珠光体含量铁素体含量Temperatureintherangeof300°Cand500°CCopyright©ESIGroup,2011.Allrightsreserved.9机械性能布氏硬度延伸率Temperatureintherangeof300°Cand500°CCopyright©ESIGroup,2011.Allrightsreserved.10微观组织机械性能屈服强度抗拉强度Temperatureintherangeof300°Cand500°CCopyright©ESIGroup,2011.Allrightsreserved.11DuctileCastIronsFractionofstablephaseGrainSizeFractionofPearliteLocationX[mm]Y[mm]HB1AB4104736831325042493501023645048209Hardness555812ThermocouplePtRh-PtThermocoupleNiCr-NiMagneticThermocoupleNiCr-Ni50Copyright©ESIGroup,2011.Allrightsreserved.12不同孕育情况下缩管对比uninoculatedInoculation–0.15%Inoculation–0.4%WithoutmicromodelingCopyright©ESIGroup,2011.Allrightsreserved.13影响铸铁件致密缺陷的ProCAST参数MOLDRIG:/Thermal1,Moldtotallyrigid铸型刚性无变形，石墨膨胀可以很好的进行补缩;0,Softmold铸件膨胀引起铸型变形，无补缩现象发生GRAPHITE:/Micro1,Highgraphitization铸件膨胀率大0,Nographitization铸件无膨胀发生MGTREAT:/MicroMGTREAT=孕育处理至计算的时间间隔。FADING:/MicroFADING1:快冷．小铸件FADING0:慢冷，大铸件Copyright©ESIGroup,2011.Allrightsreserved.14不同参数设置球铁件致密度缺陷对比Graphite110.31MoldRigidity1110MgTreatment060sec00Copyright©ESIGroup,2011.Allrightsreserved.15Graphite110.30.3MoldRigidity1110MgTreatment060sec00不同参数设置球铁件致密度缺陷对比Copyright©ESIGroup,2011.Allrightsreserved.耦合计算MICCPL=0标准耦合(默认值，自动将THERMAL=2，以焓计算温度场)推荐使用这种计算模式，这种模式可以得到比较精确的结果和较高的计算效率MICCPL=1迭代耦合(自动将THERMAL=1)能够获得最好的计算精度，但计算效率低MICCPL=-1完全不耦合计算传热时不受微观组织影响，有凝固过程不建议使用这个模式，因为相变潜热可能被忽略，可以在计算热处理工艺时使用。Copyright©ESIGroup,2011.Allrightsreserved.耦合计算碳当量(CE):CE=%C+%Si/3Copyright©ESIGroup,2011.Allrightsreserved.参数、冷速对微观组织的影响铸铁微观倾向：增大EUNUCandEUPOWER值会减少graphitenodule和austenitegrains晶粒越大,越容易生成珠光体奥氏体半径越小,铁素体数量越多biggergrainstomorepearlite凝固过程中冷却速率的影响•快:metastableeutectic亚共析体(lédéburite莱氏体)•中:stableeutectic,smallgrains,thusmoreferrite更多的铁素体•慢:stableeutectic,largergrains,thusmoreperlite更多的珠光体Coolingrateeffectarroundeutectoidtransformation共析出转变温度附近(720°C)冷却速率的影响•快:morepearlite更多的珠光体•慢:moreferrite更多的铁素体Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.DefaultvalueofPERGROW:0.0168PERNUCL:5e6形核、长大参数并不是固有属性，而是和材料处理有关(冶炼方式、孕育方式)Procast仿真铸铁工艺微观组织模块参数19Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.形核参数Procast仿真铸铁工艺微观组织模块参数20Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.形核、长大参数Procast仿真铸铁工艺微观组织模块参数21Copyright©ESIGroup,2011.Allrightsreserved.微观组织模块的参数设置界面Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.球铁：GRAPHITE的影响ProCAST仿真铸铁工艺微观组织模块参数影响23GRAHPITE=0.6GRAHPITE=1Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.球铁：GRAPHITE的影响Procast仿真铸铁工艺微观组织模块参数影响24GRAHPITE=0.6GRAHPITE=1Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.球铁：GRAPHITE的影响Procast仿真铸铁工艺微观组织模块参数影响25GRAHPITE=0.6GRAHPITE=1Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.球铁：FADING的影响Procast仿真铸铁工艺微观组织模块参数影响26FADING=1FADING=0Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.球铁：FADING的影响Procast仿真铸铁工艺微观组织模块参数影响27FADING=1FADING=0GRAPHITE和FADING对微观组织影响较小，主要影响缩管和致密度缺陷Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.球铁：共晶参数的影响Procast仿真铸铁工艺微观组织模块参数影响28DefaultRPEUNUCL=1000EUPOWER=2EUNUCL=5000EUPOWER=5Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.球铁：共晶参数的影响Procast仿真铸铁工艺微观组织模块参数影响29DefaultRPEUNUCL=1000EUPOWER=2EUNUCL=5000EUPOWER=5Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.球铁：共晶参数的影响Procast仿真铸铁工艺微观组织模块参数影响30DefaultRPEUNUC=1000EUPOWER=2EUNUC=5000EUPOWER=5Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.Procast仿真铸铁工艺微观组织模块参数影响31Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.Procast仿真铸铁工艺微观组织模块参数影响32Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.Procast仿真铸铁工艺微观组织模块参数影响33Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.Procast仿真铸铁工艺微观组织模块参数设臵34第一步:调整与铸造工艺相关的参数以获得正确的石墨化效果和缩孔缩松GRAPHITE:0.6to1取决于孕育剂、孕育方法(石墨化膨胀的能力)MOLDRIG:0.5to1取决于型砂强度(砂型=0.7-0.8)FADING•大型铸件、缓慢冷却:FADING0•小型铸件、快速冷却FADING=0.8to1MGTREAT:实际工艺时间：孕育至计算(浇注)第二步：调整共晶参数获得正确的石墨球数及石墨半径建议值:EUNUC1000to