第11期 白清领等：7050铝合金半连铸过程应力场及开裂倾向 ·1531· 宽度方向.图7为铸锭中心沿宽度方向上应变速 出现最大值，显示在起始铸造阶段热裂倾向性最 率的变化趋势.从应力、塑性应变及应变速率在整 大，不过热裂的产生与否需要用借助热裂判据进 个过程中的变化趋势可以看出，在铸造起始阶段 行预测. 。宽度方向 0.010 ·一宽度方向 ·一厚度方向 ·一厚度方向 一长度方向 ·长度方向 0.005 0.005 -0.010 100 200 300400500 600 100 200300400500600 t/s 图6铸锭中心固相分数为0.95时应力分量(a)和应变分量(b)的变化 Fig.6 Evolution of stress components (a)and plastic strain components (b)at a solid fraction of .95 in the ingot center 有一些人认为应变5.和应变速率四是导致热裂 15 一塑性应变速率 产生的因素，并分别提出相应的判据，至今对热裂的 机理尚未有统一的认识.定量预测热裂现象是比较 12 复杂的，仅仅考虑糊状区中的应力场，如图6~图8 9 中的模拟结果，是远远不够的.要实现精确的判断 还应考虑合金铸造时的组织变化因素，如疏松发展、 6 液相在晶界的分布、晶粒尺寸变化、晶界搭桥情况 等.目前己有的热裂判据均不能全面考虑上述各因 素，因而需要不断完善或发展新的判据 100 200 300400 500 600 冷裂是铸锭冷却到较低温度时如200℃以下， 发生裂纹灾难性扩展而导致的脆性开裂现象.一方 图7固相分数为0.95时沿宽度方向应变速率的变化 Fig.7 Evolution of strain rate in the width direction at a solid frac- 面铸锭在冷却过程中累积了相当高的残余应力，另 tion of 0.95 in the ingot center 一方面铸态组织在低温下迅速脆化0，大量非平衡 冷裂是铸锭完全凝固后形成的开裂现象.冷裂 共晶包围在枝晶晶界，严重削弱了合金的强度回 纹通常产生于具有最大拉应力的部位，即与铸锭中 尽管如此，研究显示合金在铸态条件下的强度仍远 最大主应力密切相关.该规格铸锭宽厚比较小，最 大于铸锭中残余应力四，因此必然存在某些类似微 大主应力的分布与圆铸锭较为接近，即最大值位于 120 铸锭的最中心处.由于铸锭中切应力分量很小，因 100 此主应力与铸锭中正应力分量是一致的.通过对图 80 3的分析可知，铸锭中心最大主应力的方向为宽度 方向.铸锭中心距底部约200mm处最大主应力随 60 420440460405005 温度变化如图8所示.其中最大值出现在210℃附 近，随后有所降低并稳定在85MPa. 4分析与讨论 100 700 热裂是合金在固相线以上固一液两相区形成的 200300400 T/℃ 一种不可逆转的铸造缺陷，是由于熔体补缩不足和 图8铸锭中心最大主应力随温度的变化 应力、应变超过半固态材料的承受能力共同作用所 Fig.8 Maximum principal stress as a function of temperature in the 致可.一些研究人员认为是应力圆引起了热裂，也 ingot center第 11 期 白清领等: 7050 铝合金半连铸过程应力场及开裂倾向 宽度方向． 图 7 为铸锭中心沿宽度方向上应变速 率的变化趋势． 从应力、塑性应变及应变速率在整 个过程中的变化趋势可以看出，在铸造起始阶段 出现最大值，显示在起始铸造阶段热裂倾向性最 大，不过热裂的产生与否需要用借助热裂判据进 行预测． 图 6 铸锭中心固相分数为 0. 95 时应力分量( a) 和应变分量( b) 的变化 Fig． 6 Evolution of stress components ( a) and plastic strain components ( b) at a solid fraction of 0. 95 in the ingot center 图 7 固相分数为 0. 95 时沿宽度方向应变速率的变化 Fig． 7 Evolution of strain rate in the width direction at a solid frac￾tion of 0. 95 in the ingot center 冷裂是铸锭完全凝固后形成的开裂现象． 冷裂 纹通常产生于具有最大拉应力的部位，即与铸锭中 最大主应力密切相关． 该规格铸锭宽厚比较小，最 大主应力的分布与圆铸锭较为接近，即最大值位于 铸锭的最中心处． 由于铸锭中切应力分量很小，因 此主应力与铸锭中正应力分量是一致的． 通过对图 3 的分析可知，铸锭中心最大主应力的方向为宽度 方向． 铸锭中心距底部约 200 mm 处最大主应力随 温度变化如图 8 所示． 其中最大值出现在 210 ℃ 附 近，随后有所降低并稳定在 85 MPa． 4 分析与讨论 热裂是合金在固相线以上固--液两相区形成的 一种不可逆转的铸造缺陷，是由于熔体补缩不足和 应力、应变超过半固态材料的承受能力共同作用所 致［17］． 一些研究人员认为是应力［18］引起了热裂，也 有一些人认为应变［15，19］和应变速率［1］是导致热裂 图 8 铸锭中心最大主应力随温度的变化 Fig． 8 Maximum principal stress as a function of temperature in the ingot center 产生的因素，并分别提出相应的判据，至今对热裂的 机理尚未有统一的认识． 定量预测热裂现象是比较 复杂的，仅仅考虑糊状区中的应力场，如图 6 ～ 图 8 中的模拟结果，是远远不够的． 要实现精确的判断 还应考虑合金铸造时的组织变化因素，如疏松发展、 液相在晶界的分布、晶粒尺寸变化、晶界搭桥情况 等． 目前已有的热裂判据均不能全面考虑上述各因 素，因而需要不断完善或发展新的判据． 冷裂是铸锭冷却到较低温度时如 200 ℃ 以下， 发生裂纹灾难性扩展而导致的脆性开裂现象． 一方 面铸锭在冷却过程中累积了相当高的残余应力，另 一方面铸态组织在低温下迅速脆化［20］，大量非平衡 共晶包围在枝晶晶界，严重削弱了合金的强度［9］． 尽管如此，研究显示合金在铸态条件下的强度仍远 大于铸锭中残余应力［21］，因此必然存在某些类似微 · 1351 ·