鑄造鋁硅系合金由于具有優(yōu)異的鑄造性能,、良好的耐腐蝕性,、較高的比強度,、鑄造成本低以及能夠近終成型等優(yōu)點，在汽車,、國防,、航空航天以及民用醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。然而,，由于鋁硅系合金在凝固過程中容易產(chǎn)生較大的收縮,，同時在熔煉過程中吸氫現(xiàn)象嚴重，極易被氧化,，因此在鑄造鋁硅系合金中不可避免的包含有一定數(shù)量的缺陷,，如縮孔/縮松、氣孔,、氧化夾雜及其它非金屬夾雜物等,。這些缺陷對于構(gòu)件的力學性能影響非常大，比如含有1%體積分數(shù)的孔隙將致使構(gòu)件的疲勞壽命降低50%,，疲勞極限降低20%,。因此，在生產(chǎn)實踐中,，如何通過對于各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的掌控與優(yōu)化以減少這些缺陷,，甚至消除，顯得尤為重要,。
鑄鋁件在重力鑄造中,，金屬液在重力的作用下進行充型，由于存在高度差,，金屬液難以避免地出現(xiàn)翻騰現(xiàn)象,，卷入氣體，造成氧化夾雜,、氣孔等缺陷,。而在低壓鑄造中，金屬液在可控的壓力作用下由下向上充型,，能夠有效地控制其充型速度,，使得金屬液充型平穩(wěn)，盡可能地減少或者避免在充型時翻騰,、沖擊,、飛濺等現(xiàn)象，從而減少氧化物的形成,，減少或者避免鑄件中的缺陷,，提高鑄件的質(zhì)量，合格率一般可以達到95%以上,。同時由于低壓鑄造中鑄型的澆注系統(tǒng)簡單,，在較高壓力下凝固,，極大地減少了甚至于完全消除了重力鑄造中所需要的大量的冒口，因而提高了金屬液的利用率,，通?？梢赃_到90%-95%遠遠高于重力鑄造。鑒于低壓鑄造相對于重力鑄造所表現(xiàn)出來的眾多優(yōu)勢,，低壓鑄造吸引了國內(nèi)外眾多單位從事研究,，極力擴大它的應用范圍。
本課題所要研究的是超大型筒型鑄鋁件,，體積龐大,，直徑接近1000mm，長度達1200mm,，重達450kg以上,，形狀不規(guī)則，厚薄壁交替(厚壁處厚度56mm,，薄壁處厚度23mm),，采用豎澆的方法難以實現(xiàn)順序凝固。由于是砂型鑄造,，傳熱速率較低,，很難快速冷卻，導致凝固過程中枝晶生長過于粗大,。同時因為體積巨大,，補縮距離長，導致鋁溶液無法順利穿過這些粗大的枝晶進行有效的補縮,，最后在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生縮孔,、縮松等缺陷。鑒于以上存在的問題,，一方面考慮在鋁液中加入晶粒細化劑,，細化枝晶，改善鋁液的流動性,；另一方面采用低壓鑄造，在較高的壓力下使鋁液能夠順利地對鑄件進行補縮,，減少鑄件的缺陷,，提高組織的致密性，改善鑄件的力學性能,，同時設(shè)計合理的澆注工藝,，最大程度上實現(xiàn)鑄件的順序凝固。
鋁鑄件在實際生產(chǎn)過程中,，由于鑄造工藝的設(shè)計以及鑄造過程中控制的不合理,，產(chǎn)生的廢,、次品較多，主要表現(xiàn)在鑄件中縮孔縮松,、氧化夾雜等缺陷,。如澆注溫度較高，則薄壁處質(zhì)量較好,，但是鑄件內(nèi)部以及厚壁處很容易出現(xiàn)偏析和縮松,；如澆注溫度較低，則薄壁處質(zhì)量較差,，容易出現(xiàn)澆不足,、冷隔等缺陷。因此,，合理的工藝設(shè)計,、合適的工藝參數(shù)、精確的鑄造過程控制是獲得高質(zhì)量鑄件的保證,。一直以來,，國內(nèi)的很多鑄造工作者們大多憑借以往的經(jīng)驗確定澆注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)，制定鑄造過程中的工藝參數(shù),，在產(chǎn)品合格率不高時再進行一定的修改,，再投入到生產(chǎn)中，這樣直接影響了企業(yè)的生產(chǎn)效率,、生產(chǎn)效益以及生產(chǎn)周期,。而隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，利用數(shù)值模擬軟件模擬鑄造中的充型過程和凝固過程,，以此來預測和分析鑄造工藝中鑄件產(chǎn)生缺陷的部位,，并以此為依據(jù)調(diào)整工藝，這樣不但縮短了生產(chǎn)周期,，還降低了工藝開發(fā)成本,，提高了生產(chǎn)效率。
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