【摘 要】
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薄壁壳体产品广泛应用于武器装备、船舶等领域的大马力发动机上,但其铸造工艺稳定性差,铸件缩松、热裂缺陷较为严重,成品率低,难以满足薄壁壳体铸件的生产需求。为改善这一问题,本文以1Cr20Ni14Si2复杂薄壁壳体铸件的熔模铸造过程为研究对象,采用理论计算结合数值模拟方法,对铸件铸造过程中出现的缩松及热裂缺陷进行分析预测,有助于优化铸造工艺,降低生产成本,具有一定的学术意义及应用价值。首先,在使用铸造
【基金项目】
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企事业单位委托科技项目:396柴油机用轴承壳体部件研制（项目编号:B20210105）
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薄壁壳体产品广泛应用于武器装备、船舶等领域的大马力发动机上,但其铸造工艺稳定性差,铸件缩松、热裂缺陷较为严重,成品率低,难以满足薄壁壳体铸件的生产需求。为改善这一问题,本文以1Cr20Ni14Si2复杂薄壁壳体铸件的熔模铸造过程为研究对象,采用理论计算结合数值模拟方法,对铸件铸造过程中出现的缩松及热裂缺陷进行分析预测,有助于优化铸造工艺,降低生产成本,具有一定的学术意义及应用价值。首先,在使用铸造模拟仿真软件Pro CAST2018建立1Cr20Ni14Si2材料数据库的基础上,采用浇口杯容量补缩法设计优化连接壳体铸件浇注系统,以充型凝固过程中铸件的温度场、固相率、缩松缩孔、热裂缺陷为评判标准,探究浇注系统增设补贴对铸件质量的影响。其次,研究了浇注工艺参数（浇注温度、浇注速度、型壳预热温度）对铸件缩松体积、分布及热裂行为的影响,并根据结果优化出适用于连接壳体铸件的浇注工艺参数。最后,对连接壳体铸件进行试制,验证模拟结果。得到结果如下:（1）在横浇道、双内浇口的重力浇注系统下增设补贴,提高了金属液的充型平稳性,延长了铸件的凝固时间,增强了浇注系统的补缩能力,铸件内部缩松体积降低47%;铸件热裂敏感处的热裂倾向较低,其HTI值为0.0122,最终有效应力为255 MPa;（2）升高浇注温度,增加了合金液的流动性,提高了合金液自身的补缩能力,减少了铸件内部的缩松缺陷,当浇注温度升高为1650℃时,铸件内部缩松体积降低96.5%,铸件斜槽处缩松缺陷逐渐消失;铸件热裂敏感处糊状区的有效应力值逐渐降低,其最终有效应力值逐渐增大。浇注速度过低或过高,均会增加铸件内部的缩松缺陷,仅存在最优浇注速度临界值3 kg/s。升高型壳预热温度,可降低合金液的冷却速率,延长系统补缩时间,进而减少铸件内部的缩松缺陷,当预热温度达到1050℃时,铸件内部缩松体积降低98%;铸件热裂敏感处糊状区的有效应力值逐渐降低,其最终有效应力值稳定在268 MPa。（3）优化后的连接壳体铸件浇注工艺参数为:浇注温度为1650℃,浇注速度为3 kg/s,型壳预热温度为1050℃。铸件内部缩松缺陷总体积为0 cm~3,其热裂敏感处最终有效应力为259 MPa,小于1Cr20Ni14Si2材料的屈服强度295 MPa,预测在铸件内部产生缩松、热裂纹缺陷概率较低。（4）通过实际产品试制及工业CT检测,验证了模拟结果的准确性。得出优化浇注工艺参数后的连接壳体铸件表面及内部缺陷基本消失,铸件达到合格标准。
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