Zr基块状非晶的压铸成型模拟

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非晶合金自发现以来,因为其优异的力学性能和不同于传统晶体合金的内部结构而受到广泛研究和关注,其中Zr基非晶合金具有非常优异的成型能力,具有制备出大块非晶的潜力。压铸工艺是一种可以大批量制备块状Zr基非晶合金的生产方法,压铸得到的铸件产品表面光洁度好、尺寸精度高,而且强度和硬度高于传统砂型铸造得到的铸件。本文利用有限元建模软件Proe进行压铸模型的建模,利用铸造模流软件Procast分别对厚度为1 mm、1.5 mm、2 mm、2.5 mm厚的板型铸件和直径为1 mm、1.5 mm、2 mm、3 mm、4 mm、6 mm、8 mm、10 mm的圆棒型铸件在不同压铸参数下进行压铸模拟分析,可以得到金属液充型过程的流场以及冷却过程的温度场的变化情况,进而得到不同的压铸参数对于非晶成型能力的影响。不同的压铸参数条件下得到的不同厚度的板型铸件中心位置玻璃转变温度点Tg处的冷却速度均大于10Κ/s,满足形成Zr基非晶的临界冷却速度条件,随着板型铸件厚度的增加,Tg处的冷却速度下降,非晶成型能力下降。当压铸速度从4 m/s增大到9 m/s和15 m/s时,Tg处的冷却速度随着压铸速度的提高没有得到明显提高,非晶成型能力变化不大,压铸速度为4m/s和9 m/s的板型铸件的充型质量要优于压铸速度为15 m/s时的充型质量;当压铸温度从1400Κ提高到1500Κ、1600Κ时,Tg处的冷却速度会随着压铸温度的降低而提高,非晶成型能力得到提高;当铸型预热温度从473Κ提高到493Κ、513Κ时,Tg处的冷却速度随着铸型预热温度的降低而提高,非晶成型能力得到提高;当铸型材料采用Cu时,Tg处的冷却速度出现上升的趋势,非晶成型能力得到提高;当给H-13钢铸型内部添加冷却水路后,Tg处的冷却速度得到明显提高,非晶成型能力得到提高。对于圆棒型铸件,当压铸速度从4 m/s增大到9 m/s和15 m/s时,直径为1 mm、1.5 mm、2 mm、3 mm、4 mm、6 mm的圆棒型铸件中心位置处Tg处的冷却速度均大于10Κ/s,满足形成Zr基非晶的临界冷却速度条件,8 mm、10 mm的圆棒型铸件中心位置处Tg处的冷却速度小于10Κ/s,不能满足形成Zr基非晶的临界冷却速度条件;随着压铸速度的增加,Tg处的冷却速度没有得到明显提高,金属液充型时均出现了液体飞溅的现象,圆棒型铸件会出现气孔性缺陷;随着圆棒直径的增大,Tg处的冷却速度减小,非晶成型能力下降;当铸型预热温度从493Κ下降到473Κ时,不同直径的圆棒型铸件Tg处的冷却速度会提高,8 mm、10 mm的圆棒型铸件中心位置处Tg处的冷却速度仍然小于10Κ/s,非晶的成型能力总体得到提高。综上所述,利用Procast软件进行流场和温度场的分析,得出压铸参数对非晶铸件产品的成型质量和非晶成型能力的影响。
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