金属材料触变充填及其压力变化特征的模拟.pdf_大学文库

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2004.03.008 第26卷第3期北京科技大学学报 Vol.26 No.3 2004年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2004 金属材料触变充填及其压力变化特征的模拟杨卯生”李士琦)徐宏)毛卫民) 钟雪友) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要分析了触变合金充填过程的压力变化特征，建立了耦合表观粘度的计算数学模型，对触变铝合金和钢件充型过程及压力变化进行模拟.结果表明，触变合金充型过程具有持续增加的压力变化特征，增加压力主要克服浆料流动阻力与重力，增加幅度约为0.12MPa.在成形充填速度范围内，触变合金呈现稳定的层流充填特征.相比触变铝合金，钢温度高容易引起触变成形过程的降温，表观粘度增大而导致铸件缺陷.半固态刹车泵体两种入流形式的充填压力模拟分析与实际成形结果表明，径向入流方式具有较高的成形质量，关键词触变充型：充填压力；数值模拟分类号TG249.9 金属材料半固态触变充型具有两个显著特 1金属材料触变充型过程征：一是整体粘度大，其粘度变化范围在0.1~1 kPas,在充填成形过程中，触变合金流态保持层半固态触变充型是一个在压送比压作用下流，有效防止成形过程的卷气与氧化，消除制件的浆料变形流动过程，压送比压可以通过调整压的气孔与氧化夹杂缺陷.二是具有触变特性，在送压力和压室来实现.在触变充型过程中，作用一定剪切速率的作用下，金属材料表观粘度出现在浆料上的比压并非是一个常数，而是随充型不明显下降，金属浆料以大流量、全壁厚、瞬时充满同阶段而变化.根据半固态触变充型特点，将充模具型腔，从而保证气体按顺序排出，消除冷隔型过程分为如图1所示I、Ⅱ、I三个阶段与浇不足缺陷“.基于以上特征，金属材料触变型腔成形具有良好的制件质量而得到国内外的广泛浇口关注，触变流动特征与半固态成形质量主要影响因素为充填压力、速度、合金表观粘度以及合金种类.为此，人们通过实验揭示半固态合金表观粘度与固相分数、剪切速率之间的关系，并采取高速摄影、实际浇注和数值模拟方法描述半固态图1半固态触变充型过程示意图铝合金等低熔点材料的触变特性及充填过程4. Fig.1 Schematic drawing of semisolid alloy filling process 本文建立耦合表观粘度的触变充型模拟计 1)压室充满阶段I,压送柱塞慢速前进，在算方程.对液态金属、半固态铝合金及钢件的触柱塞的作用下，浆料完全充满压室与浇口处的空变充型过程以及充填压力变化特征进行了模拟间，此时，柱塞的速度很小，压送比压主要克服压与分析，并对不同入流方式的半固态刹车泵体铝室侧壁阻力.该阶段最后时刻由于半固态浆料受合金铸件的成形过程的压力变化进行了模拟计到挤压后的反作用力，使得柱塞的压力增大. 算与实际成形.本研究的目的是揭示金属材料触 2)触变充型阶段Ⅱ.是半固态成形的关键阶变成形过程与压力变化特征，段，成形制件质量与此阶段密切相关，经过浇口收稿日期200306-10杨卯生男，41岁，教授，博士后的半固态浆料开始充填型腔，由于浇口处的剪切 ★国家自然科学基金资助项目No.59995440) 变稀作用，充填压力开始下降，随后调整柱塞压

第卷第期年月北京科技大学学报金属材料触变充填及其压力变化特征的模拟杨卯生 ‘，李士琦 ” 徐宏，毛卫民，钟雪友 ” 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京北京科技大学材料科学与工程学院，北京摘要分析了触变合金充填过程的压力变化特征，建立了祸合表观粘度的计算数学模型对触变铝合金和钢件充型过程及压力变化进行模拟结果表明，触变合金充型过程具有持续增加的压力变化特征，增加压力主要克服浆料流动阻力与重力，增加幅度约为，在成形充填速度范围内，触变合金呈现稳定的层流充填特征相比触变铝合金，钢温度高容易引起触变成形过程的降温，表观粘度增大而导致铸件缺陷半固态刹车泵体两种入流形式的充填压力模拟分析与实际成形结果表明，径向入流方式具有较高的成形质量关键词触变充型充填压力数值模拟分类号金属材料半固态触变充型具有两个显著特征一是整体粘度大，其粘度变化范围在一沙，在充填成形过程中，触变合金流态保持层流，有效防止成形过程的卷气与氧化，消除制件的气孔与氧化夹杂缺陷二是具有触变特性，在一定剪切速率的作用下，金属材料表观粘度出现明显下降金属浆料以大流量、全壁厚、瞬时充满模具型腔，从而保证气体按顺序排出，消除冷隔与浇不足缺陷〔团基于以上特征，金属材料触变成形具有良好的制件质量而得到国内外的广泛关注触变流动特征与半固态成形质量主要影响因素为充填压力、速度、合金表观粘度以及合金种类为此，人们通过实验揭示半固态合金表观粘度与固相分数、剪切速率之间的关系，并采取高速摄影、实际浇注和数值模拟方法描述半固态铝合金等低熔点材料的触变特性及充填过程间本文建立祸合表观粘度的触变充型模拟计算方程对液态金属、半固态铝合金及钢件的触变充型过程以及充填压力变化特征进行了模拟与分析，并对不同入流方式的半固态刹车泵体铝合金铸件的成形过程的压力变化进行了模拟计算与实际成形本研究的目的是揭示金属材料触变成形过程与压力变化特征金属材料触变充型过程半固态触变充型是一个在压送比压作用下的浆料变形流动过程压送比压可以通过调整压送压力和压室来实现在触变充型过程中，作用在浆料上的比压并非是一个常数，而是随充型不同阶段而变化根据半固态触变充型特点，将充型过程分为如图所示、、三个阶段图半固态触变充型过程示意图 · 川收稿日期一一杨卯生男，岁，教授，博士后国家自然科学基金资助项目困压室充满阶段压送柱塞慢速前进，在柱塞的作用下，浆料完全充满压室与浇口处的空间，此时，柱塞的速度很小，压送比压主要克服压室侧壁阻力该阶段最后时刻由于半固态浆料受到挤压后的反作用力，使得柱塞的压力增大触变充型阶段是半固态成形的关键阶段，成形制件质量与此阶段密切相关经过浇口的半固态浆料开始充填型腔，由于浇口处的剪切变稀作用，充填压力开始下降，随后调整柱塞压 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．03．008

·256· 北京科技大学学报 2004年第3期力使半固态浆料以一定的充填速度进行触变充当F=1时，该单元为满单元；型，半固态浆料充填速度与柱塞速度、压室面积当0<F<】时，该单元内有流体，但又没充满，以及浇口面积有关.此时比压主要克服浇口侧壁有自由表面. 阻力和流动阻力以及浆料的重力作用.整个触变由此可见，只有计算出每个单元的F值就可充型过程中，充填速度变化不大，压力出现波动确定半固态浆料在任一时刻的流动状态，以保证稳定的充填速度，它的波动范围与浆料粘 5)表观粘度方程. 度、速度以及铸件结构等因素有关， n=1+72()）。 (5) 3)致密化阶段I.半固态浆料充填完成后， √不 (6) 浆料充填速度很快降为零，液压系统持续增压，单元(，，)在方向运动时，受到相邻单元(ij, 增大比压的作用是增大半固态成形压力，使半固 k+1),(i,k-1),(i,什1，k),(i,j-1,k)的粘滞阻碍作态铸件局部存在疏松的部位进一步致密化用，单元间的相互位置如图2所示.为此，首先计 2模拟计算基本方程算单元(i,j,)与相邻单元的应变梯度：在此基础上，利用式（⑥）计算单元的剪切速率：将剪切速率半固态合金充型过程流动属于带有自由表代入表观粘度的数学表达式中，并耦合在式(2) 面变粘性不可压缩非稳态流动.描述半固态合金动量守恒方程中，流动方程主要有质量守恒方程、动量守恒方程、能量方程以及体积函数方程， G,+I) 1)质量守恒方程（连续性方程）. 股8那船-0 (1) i,j-1,) ,j, (,t1,k 2)动量守恒方程(Navier--Stockes方程). 股w器 (,j,k-1) 股e以器别股多器 Ov 图2流体单元示意图 Fig.2 Schematic drawing of fluid units (2) 10P,,fa2v,∂2y,a2v p莎+8+x+0+z) 3自由边界条件在半固态触变充型过程的模拟计算中，将自 1 oP(8w o'w o'w -pz+8+a2++P 由表面压力设为环境压力P。.自由表面速度求解 3)能量守恒方程. 则通过相邻网格单元已知速度插值而得到，待自 a(pCT)a(pCT.)d(pCT.),d(pCT.)_ 由表面单元充满后，其真实速度大小和方向有压 dx ov 力和速度迭代计算而给出，为了避免模糊的半固 a(,ora(aaf,o7 dxdxdydydz0z (3) 态充型前沿，采用边界条件函数，计算控制单元式中，4，，w表示三个坐标方向的速度分量：8，中心的压力P. g,g,为三个方向的重力加速度分量；P为流域内 R=-05W2P1.5-Rn (7) 网格单元(，，k)的压力：F为体积函数：T为(i,,) 式中，F,为表面单元P的流体体积分数，N为相邻处浆料温度：p,C,v为浆料的密度、比热容、导满单元的个数，P为相邻满单元的压力，P为环热系数及运动粘度境压力，P为表面单元中心压力. 4)体积函数方程（自由表面控制方程）. 9器8股85+脂-0 (4) 4半固态浆料充填压力变化特征用VOF法处理自由表面时，采用F来描述整以平板作为模拟对象，其轮廓尺寸为180 个半固态流场的流动域，F的定义为：F=单元内 mm×140mm×10mm,质量为582g.三维实体和三流体的体积/单元体积(0≤F≤1) 维网格划如图3所示，网格单元尺寸为2mm× 当F-O时，该单元为空单元，没有流体： 2mm×2mm

北京科技大学学报年第期力使半固态浆料以一定的充填速度进行触变充型半固态浆料充填速度与柱塞速度、压室面积以及浇口面积有关此时比压主要克服浇口侧壁阻力和流动阻力以及浆料的重力作用整个触变充型过程中，充填速度变化不大，压力出现波动以保证稳定的充填速度，它的波动范围与浆料粘度、速度以及铸件结构等因素有关致密化阶段半固态浆料充填完成后，浆料充填速度很快降为零，液压系统持续增压，增大比压的作用是增大半固态成形压力，使半固态铸件局部存在疏松的部位进一步致密化当介时，该单元为满单元当。时，该单元内有流体，但又没充满，有自由表面由此可见，只有计算出每个单元的值就可确定半固态浆料在任一时刻的流动状态表观粘度方程叩叮，粉夕一‘ 宕一丫翩 ’·嚼 ’ ，模拟计算基本方程半固态合金充型过程流动属于带有自由表面变粘性不可压缩非稳态流动描述半固态合金流动方程主要有质量守恒方程、动量守恒方程、能量方程以及体积函数方程质量守恒方程连续性方程单元，，在方向运动时，受到相邻单元，，解，，，一，，，，，一，的粘滞阻碍作用，单元间的相互位置如图所示为此，首先计算单元，，与相邻单元的应变梯度在此基础上，利用式计算单元的剪切速率将剪切速率代入表观粘度的数学表达式中，并藕合在式动量守恒方程中鲁嚼十餐一动量守恒方程方程奈需十一嚼摧够十，嚼十分噜哥一令合啥哥十射还会导令哥豁丫哥枷餐一兴，下会唱笋令，，，一，，，，，，，一图流体单元示意图能量守恒方程灭万一刃无一 ’ 下即 ’ 。母刁、刁。刁、刁。刁、胃尸一几，衣一十，不下一几布于一十一石产一人一巧万一口口少口口口」式中，，，表示三个坐标方向的速度分量备肠，乡，为三个方向的重力加速度分量尸为流域内网格单元，’，的压力为体积函数厂为 ’，，处浆料温度，，几，为浆料的密度、比热容、导热系数及运动粘度体积函数方程自由表面控制方程自由边界条件在半固态触变充型过程的模拟计算中，将自由表面压力设为环境压力自由表面速度求解则通过相邻网格单元已知速度插值而得到，待自由表面单元充满后，其真实速度大小和方向有压力和速度迭代计算而给出为了避免模糊的半固态充型前沿，采用边界条件函数，计算控制单元中心的压力。一帆一责艺只一凡巩式中六为表面单元的流体体积分数，为相邻满单元的个数，为相邻满单元的压力，为环境压力，为表面单元中心压力刁刁一，厂，十封，可一十，可一一十林卜二犷一 ‘ 二气兮，大用法处理自由表面时，采用来描述整个半固态流场的流动域的定义为介单元内流体的体积单元体积簇簇当介时，该单元为空单元，没有流体半固态浆料充填压力变化特征以平板作为模拟对象，其轮廓尺寸为，质量为三维实体和三维网格划如图所示，网格单元尺寸为 ‘

Vol.26 No.3 杨卯生等：金属材料触变充填及其压力变化特征的模拟 ·257· 半固态金属在充填成形过程中，其流态基本为层流，它的主要影响因素为流量、流速以及粘度.由于半固态触变充型时间较短，其降温很小，温度变化对粘度影响很小，在充型过程中，剪切速率对粘度影响显著.半固态浆料粘度较液态金属要大，在大的剪切速率的作用下，半固态浆料表观粘度出现明显下降趋势.液态金属在充型过程很难控制其流态保持为层流，相比液态金属压铸，半固态触变是以大流量、低速度、全壁厚流态图3三维实体与网格剖分图（板件）瞬时充满模具型腔，从而保证气体按顺序排出， Fig.3 3-D solid mold and FDM grid model drawing 提高制件的内在质量图4显示了半固态板件以2m/s充填速度进行充型时，铸件入口处压力随充型时间的变化规 5半固态铸件模拟计算结果律.从图中可以看到，为保证稳定的入流速度，克服浆料不断增加的流动阻力和浆料压头的影响， 51半固态铝合金轮件触变充型模拟铝轮铸件（包括浇口）质量约896g,零件轮廓压力在2.02-2.14MPa范围内出现了增长趋势的尺寸为中160mm×20mm,实体造型与网格剖分结波动，波动的幅度为5% 果如图6所示，单元尺寸为3mm×3mm×3mm,全图5显示了充填速度为2m/s时，平板铸件入部计算单元总数为1.23×10个.该件成形的难点口处液态金属压力随充型时间的变化规律.相比为图6所示的A处浆料不容易充填.特别当充型半固态浆料，液态金属粘度较小，金属充填的粘时间长而引起的温度下降，更容易在该处造成气滞阻力较小，图中压力值表明，在充型过程中，当孔和冷隔等铸造缺陷.为此，选取合适的入流速充型量达到80%以前，压力从1MPa持续增长到度和模具温度是成形的关键.半固态压铸系统压 1.013MPa,增长幅度较小.当充型量达到80%时，力为10t,计算采用浇口面积为4.69cm,入流速度由于金属绕着型腔外缘流动并封住排气道将在为1.3m/s.模拟计算充型过程如图7所示，充型过内部造成大量卷气。进一步充填时，压力有明显增高趋势程的开始阶段，如图7(a)所示，半固态呈层流流 2.2 动平稳充填轮毂部分，接触顶面没有发现飞溅现 2.1 象.图7b)显示，当充型量达到50%时，浆料沿幅 2.0 板流动充填：当充型完成80%时，如图7()所示， 1.9 幅板完全充满，浆料沿轮缘合龙并最后充填A 1.8 处，直到整个铸件全部充满，模拟结果显示，整个 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 充型过程平稳没有浆料飞溅，充型时间为0.55s. 充型时间/s 浆料最大降温处为0.83℃，因此A处不产生冷隔图4不同充型时刻的压力变化（半固态）缺陷.浆料流动前沿呈全壁厚充填. Fig.4 Simulation results of pressure as a function of filling 52半固态平板钢件的触变充型模拟 time(semisolid alloy) 图8展示了液态钢水充填平板件的充型过 1.2m 程.由于钢的密度约为铝合金的3倍，在反重力 1.1 充填中，充填阻力增大且液流侧面扩展较为明 1.0 显.图8（©）显示了液流分为三部分，一部分继续出 0.9 上升并出现飞溅，另两部分向侧下旋转流动，增 0.8 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 加了下部出现气孔缺陷的可能.整个充填时间为充型时间/s 0.38$,最大降温约为6℃.图9展示了半固态平板图5不同充型时刻的压力变化（液态金属）钢件的充填过程.同样液流侧面扩展较为明显， Fig.5 Simulation results of pressure as a function of filling 但界面很快趋于平坦，当充型量完成80%，浆料 time (molten alloy) 基本以平界面流动前沿进行充填，直到全部充满

一杨卯生等金属材料触变充填及其压力变化特征的模拟，图三维实体与网格剖分图板件 · 一图显示了半固态板件以耐充填速度进行充型时，铸件入口处压力随充型时间的变化规律从图中可以看到，为保证稳定的入流速度，克服浆料不断增加的流动阻力和浆料压头的影响，压力在一范围内出现了增长趋势的波动，波动的幅度为图显示了充填速度为时，平板铸件入口处液态金属压力随充型时间的变化规律相比半固态浆料，液态金属粘度较小，金属充填的粘滞阻力较小，图中压力值表明，在充型过程中，当充型量达到以前，压力从持续增长到，增长幅度较小当充型量达到时，由于金属绕着型腔外缘流动并封住排气道将在内部造成大量卷气进一步充填时，压力有明显增高趋势『一一一一一－－一一半固态金属在充填成形过程中，其流态基本为层流，它的主要影响因素为流量、流速以及粘度由于半固态触变充型时间较短，其降温很小，温度变化对粘度影响很小，在充型过程中，剪切速率对粘度影响显著半固态浆料粘度较液态金属要大，在大的剪切速率的作用下，半固态浆料表观粘度出现明显下降趋势液态金属在充型过程很难控制其流态保持为层流相比液态金属压铸，半固态触变是以大流量、低速度、全壁厚流态瞬时充满模具型腔，从而保证气体按顺序排出提高制件的内在质量充型时间图不同充型时刻的压力变化半固态充型时间图不同充型时刻的压力变化液态金属打半固态铸件模拟计算结果半固态铝合金轮件触变充型模拟铝轮铸件包括浇口质量约，零件轮廓尺寸为中 “ ，实体造型与网格剖分结果如图所示，单元尺寸为 ‘ ，全部计算单元总数为 “ ，个该件成形的难点为图所示的处浆料不容易充填特别当充型时间长而引起的温度下降，更容易在该处造成气孔和冷隔等铸造缺陷为此，选取合适的入流速度和模具温度是成形的关键半固态压铸系统压力为，计算采用浇口面积为时，入流速度为耐模拟计算充型过程如图所示，充型过程的开始阶段，如图所示，半固态呈层流流动平稳充填轮毅部分，接触顶面没有发现飞溅现象图显示，当充型量达到时，浆料沿幅板流动充填当充型完成时，如图所示，幅板完全充满，浆料沿轮缘合龙并最后充填处，直到整个铸件全部充满模拟结果显示，整个充型过程平稳没有浆料飞溅，充型时间为浆料最大降温处为 ℃ ，因此处不产生冷隔缺陷浆料流动前沿呈全壁厚充填半固态平板钢件的触变充型模拟图展示了液态钢水充填平板件的充型过程由于钢的密度约为铝合金的倍，在反重力充填中，充填阻力增大且液流侧面扩展较为明显图显示了液流分为三部分，一部分继续上升并出现飞溅，另两部分向侧下旋转流动，增加了下部出现气孔缺陷的可能整个充填时间为，最大降温约为 ℃ 图展示了半固态平板钢件的充填过程同样液流侧面扩展较为明显，但界面很快趋于平坦，当充型量完成，浆料基本以平界面流动前沿进行充填，直到全部充满，︸︸只、层国﹄胜 … … 二 … … ，，二白芝曰只、图

Vol.26 No.3 杨卯生等：金属材料触变充填及其压力变化特征的模拟 ·259 115056个.压室面积为150mm×80mm,浇口面积结果一致，图13显示了采用径向入流工艺所制为15cm,入流速度为1.4m/s.图11显示了以径向作的刹车泵体半固态成形件，从图中可以看出，入流方式充填的刹车泵体件入口处P点半固态 A、B处成形良好，轮廓清晰浆料压力随充型时间的变化规律，从图中可以看到，在充型时间为0.02s左右时，由于入流截面的突然扩大，减小了浆料充填阻力，压力出现了下刹车泵降.此后，为了保证稳定的入流速度并克服浆料不断增加的流动阻力和浆料压头的影响，压力在一定范围内出现了持续增长趋势的波动，波动的入流口幅度不大，大约为5%.等到充型量为80%左右时，铸件顶部已经充满，浆料水平充填俦件两端，料饼减少了充填阻力，此时压力不再增加图12显示了以轴向入流方式充填的刹车泵图13铝合金半固态铸件体件入口处P点半固态浆料压力随充型时间的 Fig.13 Photograph of semisolid aluminum easting 变化规律.从图中可以看到，开始充填直到充型 6 结论量完成80%左右，为了保证稳定的入流速度并克 (1)金属材料半固态触变充型过程具有层流服浆料不断增加的流动阻力和浆料压头的影响，流动特征，充型压力主要克服浆料流动阻力及重压力在一定范围内出现了持续增长趋势的波动，力，其变化趋势为持续缓慢增加，增加幅度约为波动的幅度大约为5%.在充型时间为0.23s左右 5% 时，由于入流截面的突然扩大，减小了浆料充填 (2)钢的半固态由于熔点高，在成形过程中降阻力，压力出现了下降，但下降的幅度不大，温幅度约为6℃左右，降温将增加浆料的固相分对径向与轴向入流工艺分别进行压铸实验，数，增大表观粘度而导致铸件产生缺陷结果表明，采用径向入流工艺工艺出品率低，但 (③)半固态刹车泵体铝合金件充填过程压力成形质量较为稳定，没有出现浇不足的缺陷，而模拟与成形结果表明，径向入流工艺的成形阻力轴向入流则由于充填阻力较大，提高入流速度所较小，制件具有较好的成形质量. 产生的效果不大，上述模拟计算结果与实际成形参考文献 2.2 2.1 1 Flemings M C,Johnson W L.High viscosity liquid and 2.0 semi-solid metal casting:Processes and Products [A].Pro- 1.9 ceedings of the 65th World Foundry Congress [C]. 1.8 Gyeongju,2002 0.00 0.40 0.80 0.12 2 Chen J Y,Fan Z.Modeling of rheological behavior of 充型时间/s semisolid metal slurries,Part 1-Theory [J].Material Sci 图11不同充型时刻的压力变化.P点，径向入流 Technol,.2002,18(3):237 Fig.11 Simulation results of pressure as a function of filling 3 Burgos G R,Andreas N A,Vladimir E.Thixotropic rheo- time.Spot P,filling in radial direction logy semisolid metal suspensions [J].J Mater Process 2.2 Technol,,2001,110:164 2.1 4崔成林，毛卫民，赵爱民，半固态触变压射成形过程 2.0 模拟与验证[.北京科技大学学报，2001,23(3)：237 出 1.9 5 杨卯生，徐宏，毛卫民，铝合金半固态触变充型过 1.8 程的计算机模拟月.北京科技大学学报，2002,24 0.00 0.10 0.20 0.30 (2):181 充型时间/s 6 Shen YK,Liu JJ,Chen C T.Comparison to the results for 图12不同充型时刻的压力变化P点，轴向入流 semisolid and plastic injection molding process [J].Int Fig.12 Simulation results of pressure as a function of filling Commun Heat Mass Transfer,2002,29(1):97 time.Spot P,filling inaxial direction (下转第276页)

杨卯生等金属材料触变充填及其压力变化特征的模拟 · 个压室面积为巧 ‘ ，浇口面积为巧耐，入流速度为可图显示了以径向入流方式充填的刹车泵体件入口处点半固态浆料压力随充型时间的变化规律，从图中可以看到，在充型时间为左右时，由于入流截面的突然扩大，减小了浆料充填阻力，压力出现了下降此后，为了保证稳定的入流速度并克服浆料不断增加的流动阻力和浆料压头的影响，压力在一定范围内出现了持续增长趋势的波动，波动的幅度不大，大约为等到充型量为左右时，铸件顶部已经充满，浆料水平充填铸件两端，减少了充填阻力，此时压力不再增加图显示了以轴向入流方式充填的刹车泵体件入口处点半固态浆料压力随充型时间的变化规律从图中可以看到，开始充填直到充型量完成左右，为了保证稳定的入流速度并克服浆料不断增加的流动阻力和浆料压头的影响，压力在一定范围内出现了持续增长趋势的波动，波动的幅度大约为在充型时间为左右时，由于入流截面的突然扩大，减小了浆料充填阻力，压力出现了下降，但下降的幅度不大对径向与轴向入流工艺分别进行压铸实验，结果表明，采用径向入流工艺工艺出品率低，但成形质量较为稳定，没有出现浇不足的缺陷，而轴向入流则由于充填阻力较大，提高入流速度所产生的效果不大上述模拟计算结果与实际成形结果一致图显示了采用径向入流工艺所制作的刹车泵体半固态成形件，从图中可以看出，、处成形良好，轮廓清晰 ‘ 广一－ ’ 卜‘ ，－一只、国﹄︺式招充型时间图不同充型时刻的压力变化点，径向入流 · 代，】图充型时间不同充型时刻的压力变化点，轴向入流 · ，桩图铝合金半固态铸件结论金属材料半固态触变充型过程具有层流流动特征，充型压力主要克服浆料流动阻力及重力，其变化趋势为持续缓慢增加，增加幅度约为钢的半固态由于熔点高，在成形过程中降温幅度约为 ℃ 左右，降温将增加浆料的固相分数，增大表观粘度而导致铸件产生缺陷半固态刹车泵体铝合金件充填过程压力模拟与成形结果表明，径向入流工艺的成形阻力较小，制件具有较好的成形质量参考文献，一认自，，，一，，民，而，，崔成林，毛卫民，赵爱民半固态触变压射成形过程模拟与验证北京科技大学学报，，杨卯生，徐宏，毛卫民铝合金半固态触变充型过程的计算机模拟闭北京科技大学学报，，，，工【，，下转第页，︸，‘ 今︸入白芝时只、田

·276· 北京科技大学学报 2004年第3期 2001,45:1099 14 Wagner C.Reaktionstypen bei der oxydation von leg 13 Wagner C.Formation of composite scales consisting of ierungen [J].Z Elektrochem,1959,63:772 oxidation of different metals [J].J Electrochem Soc,1956, 11:627 High-temperature Corrosion Behavior of Cr5Mo Steel with Micro-crystalline Aluminide Coating by Vibratile Electro-pulse Deposition SONG Hongjian,MA Jing2 HE Yedong 1)SINOPEC Jinling Petrochemical Corporation,Nanjing 210037,China 2)Beijing Key Laboratory for Corrosion,Erosion and Surface Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)School of Materials,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang0054,China ABSTRACT A micro-crystalline aluminide coating of 100 um thick was obtained by vibratile electro-pulse de- position on Cr5Mo steel.An Fe-Al intermetallic compound layer forms due to high temperature during instant dis- charging between alumimum electrodes and specimens,micro-crystalline structure is achieved due to the high cool- ing rate during deposition,and the coating bonds with the substrate firmly.The experimential results of oxidation in air for 200h at 600C and sulfuration in flowing 99.98%SO2 for 50 h at 600'C and the analysis of SEM and XRD show that the high temperature oxidation and sulfuration resistances of Cr5Mo steel with aluminide coating are gre- atly improved. KEY WORDS electro-pulse deposition;aluminide coating;Cr5Mo (上接第259页) Numerical Simulation for Thixotropic Filling Process and Filling Pressure Behav- ior during Metal Material Forming YANG Maosheng",LI Shiqi,XU Hong,MAO Weimin,ZHONG Xueyou 1)Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT Based on the behavior of filling pressure during semisolid alloy slurry filling process,a mathematic model of slurry flow coupled with apparent viscosity was established.The filling process and filling pressure of thixotropic Al alloys and steel were simulated.It is demonstrated that the filling pressure gradually increases with the course of the filling,in response to flow resistance and gravity and with a range of 0.12 MPa.Semisolid alloy slurry flows in a stable and laminar-type manner within the range of filling velocity.Compared with thixotropic Al alloys,the high melting point of steel leads to the decrease of filling temperature easily,so the increase of apparent viscosity results in casting defects.The simulation results of filling pressure and the experimental results of semiso- lid brake pump casting show that semisolid casting filled along the radial presents good forming quality. KEY WORDS thixotropic filling;filling pressure;numerical simulation