ООО «РУСАЛ ИТЦ», Красноярск, Россия:

А. А. Ильин, руководитель группы

С. В. Солдатов, менеджер

Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия:

Н. В. Белоусова, профессор, зав. каф. металлургии цветных металлов, эл. почта: netmamba@mail.ru

Cмоделирован процесс заливки и кристаллизации малогабаритной чушки из алюминиевых сплавов с целью выявления и снижения количества таких литейных дефектов, как усадочная пористость в теле отливки. Расчет гидродинамической задачи заливки сплава в изложницу проводили на базе программного комплекса ProCAST с использованием алгоритма «пересекающихся сеток». В качестве материала для слитка был выбран стандартный сплав А356, в качестве материала изложницы — серый чугун (СЧ20). С использованием термодинамической базы данных были рассчитаны температурные зависимости теплопроводности, плотности, динамической вязкости и соотношения твердой и жидкой фаз сплава данного состава. Для решения поставленной задачи была построена рабочая модель изложницы со слитком. Разбиение на конечно-элементную тетрагональную сетку выполнено в программном модуле Mesh_Cast. Количество объемных элементов составило 2 012 845. Установлено, что утепление верхней части изложницы посредством установки специальных отражающих экранов для снижения теплоотдачи излучением с поверхности жидкого металла во время кристаллизации не дает существенного эффекта. Изменения внешней конфигурации изложницы, включающие увеличение толщины днища для повышения его аккумулирующей способности и сохранения жидкими нижних слоев металла в форме, к положительному результату не привели. Увеличение приливов на дне изложницы на 10 мм дает снижение пористости на 10–15 % на поверхности в зоне приливов, однако в целом усадочная пористость в теле чушки остается на прежнем уровне. Увеличение выработок для замков во внутренней части изложницы позволяет развести зону пористости в торцы формы, перераспределяет зону пористости в горизонтальной плоскости. Модернизированная форма с ребрами охлаждения в донной части изложницы немного перераспределяет зону пористости в вертикальном и горизонтальном направлениях, однако существенного эффекта по сравнению с базовой конструкцией не дает. Дополнительный расчет изложницы «Бефеса», характеризующейся ступенчатой конфигурацией формы, дает наиболее приемлемую пористость в теле чушки.

1. Кобяков К. В., Николайчук Ю. А. Моделирование процессов образования усадочных дефектов при изготовлении отливок // Литье и металлургия. 2014. № 4. C. 131–137.
2. Santhi S. Calculation of shrinkage of sand cast aluminium alloys // International Journal of Applied Engineering Research. 2018. Vol. 13, No. 11. P. 8889–8893.
3. Jabur A. S., Kushnaw F. M. Casting simulation and prediction of shrinkage cavities // Journal of Applied & Computational Mathematics. 2017. Vol. 6, No. 4.
4. Grandfield J. F. Remelt ingot production technology // Light Metals. 2009. Vol. 3. P. 1003–1010.
5. Ho K., Pehlke R. D. Mechanisms of heat transfer at a metalmold interface // AFS Transactions. 1984. Vol. 92. P. 587–598.
6. Li K.-D., Chang E. A mechanism of porosity distribution in A356 aluminum alloy castings // Materials Transactions. 2002. Vol. 43, No. 7. P. 1711–1715.
7. Куликов Д. Ю., Воронин Ю. Ф., Камаев В. А., Матохина А. В. Автоматизированная система качественного анализа при снижении брака литых заготовок // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2008. № 4. С. 33–35.
8. Жердев А. С., Виноградов Д. А., Третьяков Я. А., Ильин А. А., Ключанцев А. Б. Исследование влияния водяного охлаждения изложницы на температурное поле при кристаллизации лигатурных слитков из алюминиевого сплава // Расплавы. 2015. № 6. C. 86–94.
9. Девятов С. В. ProCast — Виртуальное моделирование литейных технологий // CADMaster. 2006. № 5. C. 36–43.
10. Riedler M., Michelic S., Bernhard C. Formation of shrinkage porosity during solidification of steel: Numerical simulation and experimental validation // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2016. Vol. 143, No. 1. P. 012035.
11. Fu J., Wang K. Modelling and simulation of die casting process of A356 semi-solid alloy // Procedia Engineering. 2014. Vol. 81. P. 1565–1570.
12. Grandfield J., Cleary P., Prakash M., Sinnott M., Oswald K., Nguyen V. Mathematical modelling of ingot caster filling systems // Proc. 8th Aluminium Cast House Technology Conf.: Minerals, Metals and Materials Society 2003. — Brisbane, Australia, 2003. P. 271–276.