Виртуальный инжиниринг

Оценка характера кристаллизации отливки в ProCAST при помощи параметра Hot Spots

Для выявления мест возникновения усадочных дефектов в ProCAST наиболее часто используются такие расчетные параметры как количество твердой фазы (Fraction Solid), усадочная пористость (Total Shrinkage Porosity), критерий Нияма (Niyama Criterion). Однако, в ProCAST присутствует дополнительный параметр «Тепловые узлы» (Hot Spots), применяемый для оценки характера затвердевания отливки, а также мест формирования макро и микропористости, который мы рассмотрим далее.

Расчетный параметр Hot Spots отображает тепловые узлы в отливке, которые кристаллизуются изолированно от основной массы металла, что приводит в конечном итоге к формированию усадочных дефектов. Физический смысл данного параметра состоит в следующем: в ходе моделирования затвердевания сплава для каждого расчетного узла сетки определяется время охлаждения сплава до значения MACROFS (критическая доля твердой фазы, устанавливаемая в меню Simulation Parameters – Thermal), в это же время оценивается скорость кристаллизации металла. Те узлы, для которых время охлаждения до значения MACROFS является локальным максимумом, устанавливаются как центры тепловых узлов в параметре Hot Spots.

Включить данный параметр можно в Visual-Cast перед запуском моделирования в меню Simulation Parameters – Thermal – HOTSPOTS, либо определить отдельно уже после расчета в Visual-Viewer, в меню Results – Hot Spots.

Рассмотрим использование параметра Hot Spots на примере анализа результатов моделирования отливки «Колесо зубчатое», изготавливаемой из сплава 35Л методом литья в песчано-глинистые формы. При просмотре количества твердой фазы (Fraction Solid) в объеме отливки (рис. 1) можно выявить формирование больших тепловых узлов под боковыми прибылями, это приведет к появлению усадочных раковин в данном месте.

Рис. 1. Заполнение формы и затвердевание сплава в объеме отливки

Кроме того, в ободе колеса между двумя прибылями (рис. 2) возникает вытянутая область жидкого сплава, которая затвердевает в короткий промежуток времени и будет испытывать недостаток в питании металла, в результате чего в данной зоне появится микропористость. При помощи параметра Fraction Solid такие зоны не всегда удается эффективно выявлять, особенно для отливок с сложной конфигурацией.

Рис. 2. Формирование вытянутой зоны жидкого металла в ободе колеса, приводящей к появлению микропористости

В этом случае для оценки мест образования микропористости можно с успехом использовать параметр Hot Spots (рис. 3). Как видно на приведенном ниже рисунке, в отливке формируются тепловые узлы под боковыми прибылями – это зоны в которых металл затвердел в последнюю очередь, а также крупные вытянутые зоны тепловых узлов в ободе отливки. Это говорит о том, что в этом месте большое количество узлов затвердевали изолированно, в короткий промежуток времени, что соответствует объемному характеру кристаллизации сплава и приводит к появлению усадочной микропористости.

Рис. 3. Распределение тепловых узлов в отливке (параметр Hot Spots)

Также формирование микропористости в ободе колеса, мы можем подтвердить при помощи параметров «Усадочная пористость» (от 1,2% и выше) и «Критерий Нияма» (рис. 4-5).

Рис. 4. Распределение усадочной пористости в отливке

Рис. 5. Оценка микропористости в отливке при помощи критерия Нияма