[发明专利]一种镁、铝合金铸件凝固过程中热裂纹的预测方法

说明书

本发明公开了一种镁、铝合金铸件凝固过程中热裂纹的预测方法；根据LRGⁿ与M₀的大小来判断铸造过程中是否产生热裂纹，其中，L是铸件中的约束段长度，单位m；R是约束段内各点的平均冷却速率，单位℃/s；G是约束段内各点的温度梯度，单位℃/m；n是温度梯度的影响因子，取1.5；M₀是临界值；当铸件某位置LRGⁿM₀时，则该位置会出现热裂纹；当铸件中所有位置LRGⁿ≤M₀，则铸件没有热裂纹风险。本发明提供的预测方法不需要合金完整的材料力学性能数据库，判据中的L，R和G可以直接从铸造仿真计算中获得，临界值M₀通过简单的实验与仿真计算即可获得，因此，本发明提供的热裂预测方法操作更加简单，适用性更广。

技术领域

本发明属于金属铸造领域，具体涉及到一种镁、铝合金铸件凝固过程中热裂纹的预测方法。

背景技术

在实际铸件生产过程中，人们常常借助铸造数值仿真技术/软件进行铸件铸造工艺设计，通过优化浇注系统，降低甚至消除铸件中的缩松、缩孔、氧化皮、裂纹等铸造缺陷。其中，热裂纹是一种十分严重并且不可修复的铸造缺陷，常见于钢铁、铝合金和镁合金铸件的生产过程，它会严重影响铸件的质量和使用寿命，多数情况下，热裂纹直接导致铸件报废。因此，热裂纹的预测具有重要的科研和实用价值。

目前，对于铸件热裂纹的预测主要建立在铸件凝固过程中应力-应变数值仿真的基础上：如，铸造仿真软件ProCAST中提供的预测铸件热裂纹位置的判据HTI，它基于多孔材料塑性变形理论框架Gurson模型，通过计算网格中每个节点固相分数在CRITFS(晶粒互相接触在一起时的固相率，通常为50％和99％之间)期间的塑性总应变大小，来衡量铸件在不同节点处热裂敏感性大小；铸造仿真软件MAGMAsoft是通过粘塑性变形模型来预测热裂纹的形成与否，其中应变包括弹性应变、热应变和粘塑性应变。为了预测热裂纹，应力-应变仿真计算需要知道材料完整的力学性能数据库，包括弹性模量、泊松比、屈服强度、加工硬化、应变速率敏感指数等随着温度的变化情况，特别是固相线附近的数据。这些数据检测费时费力，多数合金都没有如此完整的力学性能数据库。所以，基于应力-应变仿真计算的热裂纹预测仅仅适用于少数具有完整材料数据库的合金。因此，急需要一种简单的方法对铸件的热裂纹进行有效的预测，特别是新型合金。

发明内容

现有热裂纹预测需要完整的材料力学性能数据库，包括弹性模量、泊松比、屈服强度、加工硬化率、应变速率敏感指数等随着温度变化的量化关系，而常规新型合金又无法便捷的获得这些数据。针对该技术难题，本发明提供了一种基于铸件凝固温度场数值仿真的镁、铝合金铸件凝固过程中热裂纹的预测方法。由于铸件温度场的数值仿真技术已经十分成熟，所有的铸造仿真软件都具备该功能，因此本发明提供的热裂纹预测方法，适用范围广，可以轻松实现新型金属的热裂纹预测。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种镁、铝合金铸件凝固过程中热裂纹的预测方法，所述方法包括如下步骤：

S1、根据公式M＝LRGⁿ计算M值；其中，L是铸件中的约束段长度，单位m；R是约束段内各点的平均冷却速率，单位℃/s；G是约束段内各点的温度梯度，单位℃/m；n是温度梯度的影响因子，取1.5；

S2、通过M与M₀的大小来判断镁、铝合金铸件铸造过程中是否产生热裂纹：当铸件某位置MM₀时，则该位置会出现热裂纹；当铸件中所有位置M≤M₀，则铸件没有热裂纹风险；其中，M₀是铸件产生热裂纹的临界值。