MAGMAIRON帮助文件(翻译)

目录

1 Introduction

2 Theory

2.1 热物理数据

2.2 合金成分

2.3 灰铸铁仿真

2.3.1共晶核

2.3.2石墨形态-层状石墨

2.3.3灰铁和白口铁的凝固

2.3.4固态转变

2.3.5硬度和材料特性

2.3.6弹性模量-杨氏模量

2.4球墨铸铁仿真

2.4.1石墨形核

2.4.2球墨铸铁固态转变（共析转变）

2.4.3球墨铸铁的珠光体分解

2.4.4机械性能

2.4.5弹性模量-杨氏模量

2.5蠕墨铸铁仿真

2.6铸铁收缩和疏松的形成

2.6.1凝固收缩

2.6.2砂型/芯子的变形

2.6.3疏松形成和压力特性

2.6.4石墨聚集因子

2.6.5疏松级别模拟的说明

3 How to Use MAGMAiron

3.1概述

3.2MAGMA数据库

3.2.1铸铁数据集

3.2.2一般参数

3.2.3铸铁成分

3.2.4铸铁类型/石墨种类

3.2.5型砂成分

3.2.6金相照片数据/单位面积形核数/铁素体、珠光体分布形核数3.3仿真

3.3.1概述

3.3.2窗口——铸铁

3.3.3铸铁模拟菜单

3.4结果演示/后处理

3.4.1结果-概述

3.4.2金相照片等——球墨铸铁的微观结构

3.4.3单位系统

4小结- 怎么办4.1铸铁的具体数据4.2项目定义

4.3几何建模

4.4仿真设置

4.5结果显示

4.6其他信息

1 Introduction介绍

MAGMAiron是微观建模软件，可以模拟凝固、固相转变及在铸铁中凝固中相关的物理现象。MAGMAiron是一个附加的模块，可以模拟灰铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁的凝固过程和固态相变过程。冶金质量、工艺条件对铸铁合金的性能有很大的影响。微观组织和铸件的力学性能不仅取决于铸造的流动过程，而且还由以下下参数决定：1）合金成分、2）金属处理、3）微量元素和杂质、4）熔炼炉、钢包金属液的处理（除氧、镁处理）5）孕育材料的类型和数量6）孕育法

析出相的晶粒长大动力学和冷却条件决定了实际的微观组织的形成，因此必须考虑凝固、疏松和固态相变过程，它们共同影响铸铁的机械性能。

MAGMAiron使用全面的物理模型来预测铸件质量。MAGMAiron是一个功能强大的工具，专门用于铸造设计、模型布置和工艺优化。模型从文献资料和实用材料数据中提取。然而，在铸铁铸造过程中，冶金、微观结构和机械性能是复杂的问题，常常是靠经验。

2理论

2.1热物理数据

MAGMASOFT标准模块中，凝固模拟是通过在数据库中增加一个固定的温度差（ΔT）的凝固潜热（ρCp）。ΔT为液相和固相之间的温度差。目前根据液-固质量百分比计算熔化潜热的大小及影响，同时热容量、导热系数和其他所有热物理数据也计入其中。另一方面，凝固潜热和固态相变的程度根据实际预测的各阶段由内部程序计算，沉淀强化阶段也被考虑当中。固液区域影响液态、固态的热容大小。

2.2合金成分

合金成分应该是熔融在铁水中的合金元素。总金额合金元素不应超过一定程度。对大多数铸铁合金，碳、硅成分在以下范围内。表2-1给出建议的成分范围。

表2-1合金元素的最大成分

Element Recommended composition range %

C 3-4.3

Mg 0-0.05

Si 1.5-4

P 0-0.2

S 0-0.1

Cr 0-1.0(x)

Mn 0-1.0(x)

Ni 0-1.0(x)

Cu 0-1.0(x)

Mo 0-1.0(x)

Sn 0-0.2(x)

Ce 0-0.05

Sb 0-0.04

N 0-100ppm(x)

标记x的元素的成分总和不应大于2%。

合金的化学成分影响其熔化和凝固过程。可以计算凝固的灰铸铁、球墨铸铁和白口铸铁的共晶温度；计算初生析出和共晶析出过程。石墨的析出用杠杆规则进行计算。其他元素的析出，扩散率较低，使用修改后的Scheil-segregation方程计算。奥氏体按照相图进行析出。

2.3灰铸铁模拟

2.3.1共晶体形核

灰铸铁的共晶体形核对凝固模拟、疏松形成、微观组织和机械性能的的模拟很重要。白口共晶体在实际凝固过程中不该产生，为了避免白口共晶体的存在，设置合适含量的共晶核对凝固过程模拟是非常重要的。如果A值太小，白口共晶体可能产生，其防止了成分的析出，疏松程度严重，机械性能降低。

孕育显著地影响形核率。在铸铁中，石墨的形核是异质体形核，如必须在第二相粒子、基体、氧化质点等类似点。在某一温度下活化的晶核数量，用形核公式表示，是由一些形核常数所决定。孕育导致的石墨形核的基本公式如下：

Nν=单位体积（mm3）共晶核数

A= 形核常数

ΔT=过冷度

B=指数

在MAGMAiron模块中，A常数采用默认的值，'fail'，'good'和'very good'三种孕育方式获得对应的A该值。另外，在MAGMAiron模块中根据孕育方式和孕育操作可以更改或修改这些参数。一定的过冷度可以激活一定数量石墨形核，如果温度更低，则更多数量的石墨形核被激活。如果温度升高，新的形核过程停止，现有激活的形核过程也停止。凝固结束过程中，这些形核能逐渐被激活，但对合金和铸件的热行为影响甚微。然而，该过程影响了疏松的形成。用户通过这个参数'graphite prec ipitation'的设置将该影响计入考虑。

2.3.2石墨形态-片状石墨

灰铸铁共晶体生长速率和相应的形态受扩散控制，由温度决定。根据过冷量，即当前熔体成分的共晶温度与形核温度的差值，生长形态可分为A、D型石墨。较低过冷度时，以非耦合增长方式生长，形成A型片状石墨。小于一定的过冷度时，将以耦合方式生长，生长速度增加。这导致更细的片状石墨形态，生成D型石墨。

2.3.3灰口铁和白口铁的凝固

The c ementite w ill not dissolve if the temperature exc eeds the metastable eutectic temperature.

当合金在冷却过程中温度降到共晶温度，形核并生长，生成灰口铁。如果温度继续冷却到亚稳定的温度，生成白口铁。如果有新的形核析出渗碳体，白口铁能从熔体中直接析出长大，并与灰口铁的生成互相竞争。灰口铁和白口铁的微观组织能同时发生。