第二届中国C A E 工程分析技术年会M A G M A s o f t 国內标准材料库的开发与应用王智平‘付金良1 肖荣振1 牛海霞2 冯力刁松涛 1 兰州理工大学材料科学与工程学院，甘肃兰州7 3 0 0 5 0 ；2 哈尔滨工业大学材料学院黑龙江哈尔演1 5 0 0 0 1 擅要本文介绍了M A G M A s o f f 国内铸钢牌号材料库的开发意义，内窑及其基本过程通过查找、实验、推导、计算等方法对所漆加材辩的关键热铀性参鼓进行了确定和添加，对材料库开发的可行性、信性进行了验证用所开发鼓据库进行了实际生产模拟，达到了实鼡C A E 软件方便服务生产的目的．关键词M A G M A s o f l 材抖库模拟开发中圈分类号T G 2 4 8 ；T G 2 4 4夫■标识碍AE x p l o i t t a t i o n ；M A G M A s o f f 软件是德国M A G M A 公司研究开发的实用性铸造C A E 软件它是当前最佳的铸造用C A E 软件之一，M A G M A s o f l 软件中拭有8 个标准模块其应用几乎覆盖所有铸造工艺 及合金，如砂模铸造、金属模铸造、重力铸造、高压铸造筹【J J 其多场耦合的模拟过程可以真实模拟铸造过程中的浇铸充型、冷却及凝固过程，后处理结果的可视化显示可以清晰直观的发现铸件在預定工艺下可能产生的质量缺陷M A G M A s o n 软件为铸造工作者理解铸造过程，防止铸造缺陷预测产品质量，进行工艺优化降低成本提供了一个強有力的工具。但是由于该C A E 软件材料库中自带的材料参数只有德国标准国内用户进行模拟时需要进行转化对照，有的国内钢号没有其相應的德国标准因此给国内用户进行生产模拟带来麻烦和阻碍。本课题组在M A G M A s o f f 原有材料库的基础上开发了嗣内标准的材料库并对所开发的材料库的可用性进行了验证，用所添加材料进行了实际生产模拟达到了实用C A E 软件更好的服务生产的目的。1 ．材料库开发的方法和主要内嫆1 ．1 材料库开发的方法能从数据库中找到成分相同的牌号的材料可以直接用M A G M A s o f l 数据库中的参数，只要将材料的名称按照世界钢号对照表紦德国标准转化为相应国内标和国际标准即可。如德第二届中国C A E 工程分析技术年会国标准铸钢牌号G S 5 2 按照成份对照相当于国标Z G 2 7 0 ～5 5 0 ¨J 对于在M A G M A s o f f 數据库中找不到相应对照的钢号，通过自行确定其相应热物性参数和机械性能参数来完成材料的添加如国内常用奥氏体不锈钢Z G I C r l 8 N i 9 。 1 ．2 材料庫开发的主要内容’材料库的开发对于某一铸钢材料而言包括收集、计算、推导、处理其相应的参数所涉及和添加的参数类型参考M A G M A s o f l 原有數据库。在M A G M A S o f l 软件中进行铸造C A E 模拟进行铸件的充型、凝固、应力、热处理仿真计算模拟时都要用到大量的参数，包括铸型、台金、冷铁、淬火液等材质、成分台金的密度、比热、导热率等热物性参数；合金的扬氏模量、泊松比等机械性能参数；淬火介质的相关参数以及模擬计算过程的控制参数等，这些参数的范围广不同模拟中各不相同，且参数的变化对模拟结果的影响较大凝固过程是铸件质量缺陷产苼的主要过程，而影响凝同过程的主要参数是合金的热物性参数和与铸造工艺对应的模拟过程的控制参数有关其中控制参数要反映实际嘚生产情况要与生产工艺相吻合。材料库开发的主要内容就是使用各种方法确定材料的相应参数以及对其进行添加，并通过将模拟和其怹C e r 则是用户开发的接口p J 国内铸钢牌号根据成分和世界钢号对照表进行对照，对M A G M A s o f l 原有材料库中有相应对照牌号的国内钢号材料只需将其牌号改为国标即可。对于M A G M A s o f l 中没有相应对照牌号的国内钢号材料要先确定其物化参数，成份热物性参数．机械性能参数等相应参数，然後进行添加其基本过程如图2 所示圈l 材料库开发窗口F i 包括台金、砂型、冷铁等 的相关参数，对于铸造合金除了固定不变的化学成分、固相線温度、液相线温度等参数外合金溶液密度、比热、导热系数等热物性参数和泊松比，杨氏模量等机械性能参数都是随温度变化而变化嘚对于不同类型的参数，可以通过不同的方法确定3 ．1 根据资料和生产实测其中参数的确定主要根据铸造手册，台金相图等资料进行确萣对于合金的初始温度和浇注温度，收缩率等数据则是根据工厂的实际生产工艺和实测的方式确定的对于泊松比、杨氏模量等机械性能参数通过机械工程手册查找确定。 3 ．2 热物性参数的确定合金的热物性参数是材料库开发中学要确定关键性的参数铸造过程是熔融金属凝固成铸件的一个热过程．整个过程中随温度变化的热物性参数包括密度P ，热扩散率或导温系数口比热容C 。导热系数 ，热膨胀系数a 1 4J 3 ．2 ．1 比较法嗣量比热容C D测量中用激光脉冲法测量能量吸收，首先对已知比热容％的标准试样进行测量C ∞ MPs L s T 【Ⅻ。在对待测试样进行测量比較以上两式得C 口x 2 Q x ／ Px L x T L 。C 肼C p ,根据被测试样和待测试样吸收的激光脉冲能量之比就可以确定合金的比热容”J 。3 ．2 ．2 热传导系数的确定导热系數在金属的凝固过程中是一个最为重要的参数．它取决于合金一砂型间的温度梯度 也与压力和密度有关但对整个充型过程可以不考虑 ，導热系数随合金及型腔温度变化而变化随温度的降低，合金与砂型温度梯度减小变化率也减小趋于零，但在小范围内可以认为是线性嘚¨l 有定义公式知导热系数 - 0 ／g r a d t ，由于需要测量热流很困难但是可以用与导热系数有直接关系的导温系数a 来计算 ，而导温系数由时间一溫度关系精确记录来完成测量公式为 xdp c p 4 G L E E B L E ．2 0 0 0 热模拟试验机可以比较准确地模拟各种力学和冶金过程，并使用计算机控制整个实验过程对实驗数据进行连续的采集、统计、保证了实验数据的精度”l 。采用的方法是将试验测定的热试样接触面中心的温度一时间曲线与有限差分法計算出的热模拟结果进行比对采用试错反算法得到试件在非变形热压过程中各种初始温度及压力条件下的计算数据以及这一点温度一时間的实验数据，即可确定一组特定条件下的热传导系第二届中国C A E 工程分析技术年会数具体步骤为用有限差分法获取模拟曲线，在试样某┅位置通过对比某一点的一组温度一时间的运算值每个热传导系数可获得一条曲线。通过试错反算法求解传导系数是温度试验曲线与模擬计算曲线的比较如图3 所示图3 确定导热系数的具体步骤F i g3S p e c i f i cP r o c e d u r eo f C o n f i r m i n gC o e f f i c 数据库下进行模拟比较。方法二应用所开发数据库材料对实际生产的铸件进行模擬分析后处理结果与实 际生产结果，进行比较判断方法三将同一材料同一铸件的模拟结果与其他铸