2.9. Моделирование процессов образования усадочных раковин

Картина усадочных раковин используется при анализе эффективности работы прибыли. На распределение усадочных раковин влияют такие факторы, как место подвода металла, материал и температура формы и др. Распределение раковин в отливке можно получить в модуле «Затвердевание» и «Полная задача». Но, процессы теплообмена при течении расплава в каналах формы в модуле «Затвердевание» не учитываются. Это существенно влияет на достоверность результатов моделирования.

Откройте модуль «Полная задача». Откройте ваш SIM-файл. В нем содержатся все необходимые данные для моделирования: геометрия отливки и начальные условия: материал формы, отливки и их начальные температуры. Воспользуйтесь меню «Начальные установки» и выберите команду выпадающего меню «Параметры заливки». Установите условия вашего задания, запустите расчет.

Данные расчета можно просмотреть в модуле «Банк паспортов». Проанализируйте, какие области отливки имеют локальные усадочные раковины. Сохраните картинку усадочных раковин в вертикальном сечении отливки. Скопируйте картинку в отчет (рис.20). Объясните полученные результаты.

Рис.20. Усадочные раковины в отливке

2.10. Моделирование процессов образования усадочной пористости

Объемная усадка в отливках из сплавов с интервалом кристаллизации проявляется не только в виде сосредоточенной усадочной раковины, но и в виде усадочной пористости. Усадочной пористостью называют скопления мелких пустот, образующихся в результате усадки при затвер­девании небольших объемов металла, изолирующихся в про­цессе формирования отливки от источников питания жидким металлом. Затвердевание отливок из подобных сплавов сопровождается возникновением переходныхдвухфазных областей, которые расположены между твердой наружной коркой и жидкой сердцевиной.

Критерий Ниямыиспользуется для предсказания образования пористости, возникновение которой зависит от питания двухфазной зоны, при пологом градиенте температуры. Расчет критерия Ниямы используется во всехпрограммных пакетах для моделирования литья. Критерий используется для прогнозирования пористости в отливках. Усадочная пористость будет образовываться в областях, где критерий Ниямы ниже некоторой критической величины.

Критерий Ниямы является локальным термическим параметром, который определяется по формуле:

Ny = grad T / √V_T ( 1 )

где grad T- градиент температуры,V_T - скорость охлаждения. Обе величины взяты при определенной температуре вблизи конца кристаллизации. Функциональная форма критерия определена эмпирически. В качестве обоснования приводят физическую модель, основанную на уравнении Дарси. Уравнение связывает скоростьмеждендритного течения расплава с падением давления в двухфазной зоне отливки. При сравнении экспериментально наблюдаемой пористости в образцах из стали с соответствующими результатами моделирования обнаружено, что существует критическое значениеNy, ниже которого появляется пористость.

Критерий Ниямы используется для качественнойидентификации областей в отливке, которые могли бы содержать усадочную пористость. Причины ограниченного использования критерия Ниямы:

-критическое значение критерия, ниже которого образуется пористость обычно неизвестно;

-образование пористости очень чувствительно к типу заливаемого сплава и иногда даже к условиям заливки (материал формы, внешнее давление, и т.п.);

-критерий Ниямы не дает количественную оценку усадочной пористости, а только качественную (т.е. чем ниже критерий Ниямы, тем больше пористости образуется).

Критерий Ниямы можно рассчитать в модуле «Полная задача». Откройте модуль «Полная задача». Откройте ваш SIM-файл. В нем содержатся все необходимые данные для моделирования: геометрия отливки и начальные условия: материал формы, отливки и их начальные температуры. Воспользуйтесь меню «Начальные установки» и выберите команду выпадающего меню «Параметры заливки». Введите условия вашего задания, запустите расчет.

Данные расчета можно просмотреть в модуле «Банк паспортов». Проанализируйте, какие области отливки имеют усадочную пористость. Скопируйте картинку в отчет (рис.21). Объясните полученные результаты.

Рис.21. Усадочная пористость в отливке