颗粒增强铝基复合材料铸造成形过程数值模拟研究
Numerical Simulation Research on Casting Process of Particle Reinforced Aluminum Matrix Composites
颗粒增强金属基复合材料具有高比模量、高比强度、良好的导电性、导热性、高温性能以及耐磨性能、热膨胀系数小、尺寸稳定性好等独特的综合性能.搅拌铸造法对增强相颗粒种类和尺寸限制少,操作简单,可直接制造各种复杂形状的零部件,可实现零部件的近终成形,生产效率高.在铸造充型的过程中,熔体的流动行为对颗粒分布具有重要影响,而颗粒分布决定着铸件的最终的使用性能.为掌握SiCp/Al复合材料充型过程熔体流动特点,本文通过数值模拟与实验验证相结合的方法,研究SiCp/Al复合的充型过程的流动规律及颗粒分布规律.本论文使用计算机模拟的方法探求复合材料的铸造充型规律,实验材料通过机械搅拌分散法获得,使用流变仪获得实验所需的粘度数据.首先采用等效材料法来探求SiCp/Al复合材料在不同工艺下流体的充型流动性.采用专用的铸造软件ProCAST求解速度场与温度场等物理场以及通过流动长度表征的流动性.然后基于多相流理论采用ANSYS Fluent软件探求充型流动过程中增强相在熔体中的分布状态.结果表明,提高浇注温度和模具温度都可获得更长的流动长度,更易于铸造成形.而浇注温度提高到680℃C后浇注温度对流动性的影响显著减小.不同模具温度下,温降速率与模具温度呈现负相关趋势,但在同一模具温度下浇注温度选择范围内对冷却速率的影响不大.SiCp/Al复合材料的基体合金凝固时的冷却速率会影响SiC颗粒在基体中的分布状态.在较高冷却速率的工艺条件下可以得到分布相对均匀的基体组织.SiC颗粒在流动模具流道的不同长度的体积分数发生变化,随着流动方向的长度增加,SiC颗粒的体积分数缓慢增加,在接近流动前端的某一位置达到峰值,达到初始体积分数的120%,随后SiC颗粒的体积分数随流动方向上随长度的增加而减小.在中等体分下,SiC在流动长度的分布状态与SiC在基体中的含量多少无关.在流动过程中内壁对颗粒有的吸附和捕捉作用.且在重力方向呈现梯度分布的倾向.
- 作者：
- 张浩
- 学位授予单位：
- 北京有色金属研究总院
- 专业名称：
- 材料科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 张志峰
- 中图分类号：
- TB333
- 关键词：
- SiC颗粒增强铝基复合材料；多相流模拟；Euler-Euler法
- SiCp/Al composites; multiphase flow; numerical simulation; Euler-Euler method;