拉伸試棒模具結(jié)構(gòu)對鑄造鋁合金組織的影響

李 飛，李高宏，黃 亮，余申衛(wèi)，許 崗

(1.西安工業(yè)大學(xué) 材料與化工學(xué)院,西安 710021;2.中國船舶集團(tuán)有限公司第十二研究所,興平 713102)

拉伸試棒是反映鑄造鋁合金力學(xué)性能最直接的樣品,其澆鑄系統(tǒng)多依據(jù)GB/T1173-2013來設(shè)計[1]。在拉伸試棒的模具設(shè)計中,為減少模具重量以及操作便利,其直澆道均為豎直設(shè)置[2-5]。在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),液態(tài)金屬流入豎直澆道后,模具內(nèi)部分氣體排出與流入液態(tài)金屬處于同一通道,兩者會發(fā)生沖撞,氣體排出不及時,易形成卷氣和夾雜現(xiàn)象[6-7];嚴(yán)重時會造成液態(tài)金屬返涌飛濺等現(xiàn)象,影響拉伸試棒的成型與質(zhì)量[8-10]。蛇形豎直澆道的設(shè)計優(yōu)化了GB/T1173-2013模具結(jié)構(gòu),具有降低液態(tài)金屬流速,除渣除氣的功效,但該設(shè)計并未深入討論涉及的科學(xué)機(jī)理[11]。同時,金屬液體從集渣腔經(jīng)過內(nèi)澆道流入成型區(qū)時,內(nèi)澆道與集渣腔連接的位置(高度)多來自于經(jīng)驗的設(shè)計或未說明設(shè)計理由[12]。該位置(高度)的不同會導(dǎo)致集渣腔內(nèi)金屬液進(jìn)入內(nèi)澆道的液體壓力存在差異,導(dǎo)致試棒成型后期的補(bǔ)縮效果不同。特別是對于寬結(jié)晶溫度范圍的合金[13-18],隨著澆注過程的進(jìn)行,合金液糊狀凝固的特征更加明顯,液體流動性顯著下降,導(dǎo)致液體充型不完整,試棒凝固過程中無法得到有效的液體補(bǔ)縮,造成成型試棒存在縮孔、縮松或形成冷隔等缺陷[19-20]。

為了有效獲得結(jié)晶質(zhì)量良好的鋁合金,真實反映合金力學(xué)性能,本文使用ANSYS軟件,利用流體靜力學(xué)和傳熱學(xué)基本原理模擬了直……