第3期 王金龙等：易切削钢SMn28凝固过程的CAFE法模拟 ,329 进行的；心部是先等温凝固，后降温凝固；其余的区 由凝固收缩和气体分隔两种机理产生的，这两种机 域与心部类似，只是在等温凝固时间及降温梯度上 理同时发生，确有不同的影响程度.由于铸件中 存在差异 没有挥发性元素及非常少量的气体，本研究忽略了 2.3缩孔、疏松模拟结果和讨论 气体的影响， 图5和图6分别是缩孔、疏松模拟结果和铸件 模拟与实际铸件的缩孔、疏松位置一致，结果基 低倍组织及冒口. 本相符.产生缩孔、疏松的主要原因是：钢液冷却 0885 a b 后，随即发生液态收缩，此时可从冒口得到补缩，当 0826 0.767 0.708 铸件表面温度下降到凝固温度时，表层就凝固成一 层硬壳，壳内的钢液因温度下降仍发生液态收缩，同 0.531 0.472 D 时要对逐渐加厚的硬壳层凝固收缩进行补缩，虽然 0.413 0.354 固态硬壳因温度降低而使铸件外表尺寸缩小，但由 0.177 于钢液的液态收缩值和凝固收缩值大于硬壳的固态 0.118 0.059 收缩值，所以无法平衡或自补实际收缩.随着结晶 凝固过程的不断进行，钢液温度不断下降，硬壳仍不 图5缩孔，疏松模拟结果 断增厚，因为表层凝固后堵塞了冒口向铸件补缩的 Fig 5 Simulated results of pomosity:(a)integer schematics of po msity:(b)pomsity in the casting center surface (c)fomation 补缩通道，造成缩孔，同时，因冒口的补缩作用，并 pmocess of pomsity The leftmark ing of Fig 5(a)is the fraction of po 因其在补缩的同时也与铸件其他部位进行着一样的 mosity 冷却，因此在冒口处形成了如图5(a)和(b)所示的 次缩孔，疏松和形成缩孔的原因一样，它是在凝 固的条件下，在最后凝固的枝晶和晶粒之间，因液态 收缩和凝固收缩产生的孔洞得不到补缩而造成的 它常分布在铸件的中心区域、厚大部位及冒口根部. 结合图3所示的凝固过程，从图5(c)缩孔形成过程 可看出：当凝固进行到70%时（根据经验值设置的 冒口 模拟参数)，缩孔开始形核：随着凝固的进行，缩孔 长大的同时，形成新的缩孔：最后，两个缩孔长大并 结合在一起.模拟的结果与理论相符 2,4微观组织模拟结果和讨论 20 mm 微观组织模拟结果如图7所示，不同颜色代表 图6铸件微观组织及冒口 不同的晶粒取向 Fig6 Macmograph and dead head of the casting 由图7中可看出，在铸件外表面，沿模壁一薄层 缩孔、疏松是铸件主要的缺陷之一，它导致力学 液体中产生了大量晶核，形成了许多细小的等轴晶 性能的降低，尤其在抗疲劳和抗张强度方面，它是 粒，这个区域很窄，紧接细晶外壳出现一层由相当 图7铸件微观组织的模拟结果 Fig 7 Smulated m icmostnichime of the casting (a)17%:(b)39;(c)68:(d)96%:(e)100%第 3期 王金龙等： 易切削钢 9ＳＭｎ28凝固过程的 ＣＡＦＥ法模拟 进行的；心部是先等温凝固‚后降温凝固；其余的区 域与心部类似‚只是在等温凝固时间及降温梯度上 存在差异． 图 7 铸件微观组织的模拟结果 Ｆｉｇ．7 Ｓｉｍｕｌａｔｅｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃａｓｔｉｎｇ：（ａ）17％；（ｂ）39％；（ｃ）68％；（ｄ）96％；（ｅ）100％ 2∙3 缩孔、疏松模拟结果和讨论 图 5和图 6分别是缩孔、疏松模拟结果和铸件 低倍组织及冒口． 图 5 缩孔、疏松模拟结果 Ｆｉｇ．5 Ｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｐｏｒｏｓｉｔｙ：（ａ） ｉｎｔｅｇｅｒｓｃｈｅｍａｔｉｃｓｏｆｐｏ- ｒｏｓｉｔｙ：（ｂ） ｐｏｒｏｓｉｔｙｉｎｔｈｅｃａｓｔｉｎｇｃｅｎｔｅｒｓｕｒｆａｃｅ； （ｃ） ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｏｒｏｓｉｔｙ．ＴｈｅｌｅｆｔｍａｒｋｉｎｇｏｆＦｉｇ．5（ａ） ｉｓｔｈｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｐｏ- ｒｏｓｉｔｙ 图 6 铸件微观组织及冒口 Ｆｉｇ．6 Ｍａｃｒｏｇｒａｐｈａｎｄｄｅａｄｈｅａｄｏｆｔｈｅｃａｓｔｉｎｇ 缩孔、疏松是铸件主要的缺陷之一‚它导致力学 性能的降低‚尤其在抗疲劳和抗张强度方面．它是 由凝固收缩和气体分隔两种机理产生的‚这两种机 理同时发生‚确有不同的影响程度 ［16］．由于铸件中 没有挥发性元素及非常少量的气体‚本研究忽略了 气体的影响． 模拟与实际铸件的缩孔、疏松位置一致‚结果基 本相符．产生缩孔、疏松的主要原因是：钢液冷却 后‚随即发生液态收缩‚此时可从冒口得到补缩‚当 铸件表面温度下降到凝固温度时‚表层就凝固成一 层硬壳‚壳内的钢液因温度下降仍发生液态收缩‚同 时要对逐渐加厚的硬壳层凝固收缩进行补缩‚虽然 固态硬壳因温度降低而使铸件外表尺寸缩小‚但由 于钢液的液态收缩值和凝固收缩值大于硬壳的固态 收缩值‚所以无法平衡或自补实际收缩．随着结晶 凝固过程的不断进行‚钢液温度不断下降‚硬壳仍不 断增厚‚因为表层凝固后堵塞了冒口向铸件补缩的 补缩通道‚造成缩孔．同时‚因冒口的补缩作用‚并 因其在补缩的同时也与铸件其他部位进行着一样的 冷却‚因此在冒口处形成了如图 5（ａ）和 （ｂ）所示的 一次缩孔．疏松和形成缩孔的原因一样‚它是在凝 固的条件下‚在最后凝固的枝晶和晶粒之间‚因液态 收缩和凝固收缩产生的孔洞得不到补缩而造成的． 它常分布在铸件的中心区域、厚大部位及冒口根部． 结合图 3所示的凝固过程‚从图 5（ｃ）缩孔形成过程 可看出：当凝固进行到 70％时 （根据经验值设置的 模拟参数 ）‚缩孔开始形核；随着凝固的进行‚缩孔 长大的同时‚形成新的缩孔；最后‚两个缩孔长大并 结合在一起．模拟的结果与理论相符． 2∙4 微观组织模拟结果和讨论 微观组织模拟结果如图 7所示‚不同颜色代表 不同的晶粒取向． 由图 7中可看出‚在铸件外表面‚沿模壁一薄层 液体中产生了大量晶核‚形成了许多细小的等轴晶 粒‚这个区域很窄．紧接细晶外壳出现一层由相当 ·329·