专利名称：金属液凝固过程中预测缩松的方法及缩松连续预测方法
金属液凝固过程中预测缩松的方法及缩松连续预测方法
技术领域：
本发明涉及一种金属液凝固过程中预测缩松的方法及缩松连续预测方法，尤其是 一种非晶合金液凝固过程中预测缩松的方法及缩松连续预测方法。
背景技术：
铸件的凝固过程除了固液界面迁移外，还伴随着传热、传质的运动，铸件的许多缺 陷都与凝固过程密切相关。铸件凝固过程的计算机仿真模拟，可以形象描述这一变化过程， 对于分析铸造缺陷、预测铸件质量、优化铸造工艺有积极的作用。目前计算机在模拟铸造过程中的应用主要集中在以下4个方面充型凝固模拟、 缩孔缩松预测、凝固过程应力模拟和凝固过程微观组织模拟。其中，缩孔缩松预测尤其重要。为了预测铸件缩松的产生及其程度(缩孔形状、尺寸)，考虑了缩松生成的机理凝 固解析是必要的，但是严密的解析非常困难，实际上往往采用以下几种简易方法来预测它 们的产生1、等温度、等固相率曲线法。(1)固相线温度法，判断缩松产生的条件是发生在 gs = 1的闭回路中；⑵临界固相率法，判断缩松产生的条件是发生在gs = gsc的闭回路中。 但是以上方法在闭回路不存在时难以判断。2、温度梯度法，判断缩松产生条件是gs= 1或 gs = gsc时的最大温度G彡临界值。该方法比较简便，但是由于临界温度梯度随形状、冷却 速率而异，所以预测精度很低。3、固相率梯度法。判断缩松产生条件是gs = 1或gs = gsc 时的最大固相率<临界值。该方法比较适合共晶合金凝固过程的缩松预测；当固相率和温 度的关系为1对1时与温度梯度发生等同。目前主要应用的预测缩松的判据是< C ,其中G是温度梯度(K/cm)，R是冷 却速率(K/min)，C是临界值。但是该方法对合金凝固过程缩松预测的精度较低。
发明内容为了克服现有技术中对合金凝固过程缩松预测的精度较低的问题，本发明提供了 一种金属液凝固过程中预测缩松的方法及缩松连续预测方法，该方法对合金液凝固过程缩 松预测的精度高，并且应用范围广。本发明公开的金属液凝固过程中预测缩松的方法包括(I)、获取金属液的温度场数据；(II)、选取进行预测的单元为当前单元，结合所述温度场数据，获取当前单元的压 力P、粘度梯度Gv、冷却速率R以及临界值C ；(III)、根据获得的P、Gv、R以及C值，按照判据Ρ·σν/^《 进行判断，如果满 足上述判据，则可判断当前单元为缩松单元。本发明公开的缩松连续预测方法，包括(1)、计算金属液的温度场；(2)、根据温度场确定金属液是否即将凝固，如果确定不是即将凝固，则返回步骤
3(1)继续计算温度场；如果确定即将凝固，则根据上述金属液凝固过程中预测缩松的方法 进行判断。通过上述方法，对金属液凝固过程中缩松预测的精度高。并且该方法可以对各种 晶体或非晶合金熔液的凝固过程进行预测，应用范围广。
图1为本发明公开的金属液凝固过程中预测缩松方法的流程图。
具体实施方式为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下对 本发明进行进一步详细说明。本发明公开的金属液凝固过程中预测缩松的方法，包括(I)、获取金属液的温度场数据；(II)、选取进行预测的单元为当前单元，结合所述温度场数据，获取当前单元的压 力P、粘度梯度Gv、冷却速率R以及临界值C ；(III)、根据获得的P、Gv、R以及C值，按照判据P.GVS C进行判断，如果满 足上述判据，则可判断当前单元为缩松单元。根据本发明公开的上述方法，与现有的缩松判据相比，发明人发现，引入了另一金 属液的压力P作为判据影响因素，能提高判断的准确性。同时，本发明的发明人根据金属 液凝固过程中的各种因素的综合分析，提出了以粘度梯度Gv作为判据的一大影响因素，从 而形成了上述判据P. Gv//R<C。发明人发现，在引入压力P后，能提高判断的精确度。并 且，相比于传统的固相率梯度判据，本发明通过采用在本领域未尝使用过的粘度梯度判据， 能对包括晶体、非晶等各种形态的金属的凝固过程实现缩松预测，扩大的应用的范围；预测 的精度也得到了进一步提高。采用本发明公开的方法对金属液凝固过程中缩松情况进行判 断后，有利于技术人员对金属的熔炼工艺进行调整。在上述判据中，压力P的单位为Pa，粘度梯度Gv的单位为kg/(m2. s)，冷却速率R 的单位为K/min。在本发明中，步骤⑴中温度场数据可通过现有的各种方法得到，如可以通过传 热学基本方程计算得到。铸件凝固过程实际上是“铸件_铸型-环境”之间的不稳定热交换过程。在铸件 凝固过程中基本上包括了传热中的所有现象热传导、热对流、热辐射。1、热传导换热热传导简称导热，它属于接触传热，是连续介质在没有物质之间各部分相对位移 的情况下，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热振动进行的热量传递。在密实的不透 明的固体中，只能依靠导热方式传递热量。对于多维温度场的确定，须以能量守恒和傅立叶定律为基础，分析导热体中的微 元体，得出表示导热现象基本规律的三维热传导的微分方程
权利要求
一种金属液凝固过程中预测缩松的方法，包括(I)、获取金属液的温度场数据；(II)、选取进行预测的单元为当前单元，结合所述温度场数据，获取当前单元的压力P、粘度梯度Gv、冷却速率R以及临界值C；(III)、根据获得的P、Gv、R以及C值，按照判据进行判断，如果满足上述判据，则可判断当前单元为缩松单元。F200910109137XC0000011.tif
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(I)中温度场数据通过传热学方程计算 得到。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压力P的获取方法为根据所述温度场数 据，采用流场模拟法进行计算，得到当前单元的压力P。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘度梯度Gv的获取方法为选取与当前单元相邻的26个相邻单元，所述26个相邻单元为与当前单元面相邻的6 个单元，与当前单元棱相邻的12个单元和与当前单元顶点相邻的8个单元，当前单元与各 个相邻单元的距离是当前单元中心点与相邻单元中心点之间的距离；获得当前单元及26个相邻单元的粘度值；取当前单元与某相邻单元的粘度值之差除以当前单元与该相邻单元的距离，得到一个 商值，重复该步骤，然后取商值最大的为粘度梯度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述当前单元的冷却速率R的获取方法为取当 前单元在当前时刻的温度与前一时刻温度的差值，用该差值除以时间步长，得到当前单元 的冷却速率。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述临界值C的获取方法为通过实际压铸与模 拟相结合，并进行修正得到。
7.一种缩松连续预测方法，包括(1)、计算金属液的温度场；(2)、根据温度场确定金属液是否即将凝固，如果确定不是即将凝固，则返回步骤(1) 继续计算温度场；如果确定即将凝固，则根据权利要求1-6中任意一项所述的金属液凝固 过程中预测缩松的方法进行判断。
8.根据权利要求7所述的缩松连续预测方法，其中，步骤(1)中所述的温度场通过传热 学方程计算得到。
全文摘要
本发明公开了金属液凝固过程中预测缩松的方法及缩松连续预测方法。金属液凝固过程中预测缩松的方法，包括(I)获取金属液的温度场数据；(II)选取进行预测的单元为当前单元，结合所述温度场数据，获取当前单元的压力P、粘度梯度Gv、冷却速率R以及临界值C；(III)根据获得的P、Gv、R以及C值，按照判据进行判断，如果满足上述判据，则可判断当前单元为缩松单元。通过上述方法，对金属液凝固过程中缩松预测的精度高。并且该方法可以对各种晶体或非晶合金熔液的凝固过程进行预测，应用范围广。
文档编号G01N33/20GK101963608SQ20091010913
公开日2011年2月2日 申请日期2009年7月25日 优先权日2009年7月25日
发明者吴波, 孙亚轩, 宫清, 郝良品 申请人:比亚迪股份有限公司