MAGMASOFT-镁合金数据库开发与应用设计

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文毕业设计课程设计毕业论文详细资料联系QQ号；1620812008-PAGEII--PAGEV-MAGMASOFT镁合金数据库开发与应用摘要MAGMASOFT铸造仿真软件是全球最佳的大型铸件铸造模拟软件工具，为铸造业提供改善铸品品质，制程条件，降低成本，增加竞争力的唯一选择。铸型的充填、凝固、机械性能、残余应力及扭曲变形等的模拟为全面最佳化铸造工程提供了最可靠的保证。以往只有对铸造工程参数及铸造质量的影响因素有透彻的了解，才能使铸造工程师对生产高质量的铸件拥有信心。传统的方法对铸造工程的最佳化工作既耗资又费时，时程的压力使得很多铸造工程无法发挥全面的潜力。通过MAGMASOFT材料库中镁合金数值模拟界面对软件的相关功能进行了简介。通过建立镁合金数据库，对镁合金铸件进行铸造数值模拟，熟悉MAGMASOFT软件，掌握其应用。数值模拟以及数据库在产品研发过程中的重要作用，特别是对于新品研发过程中节约时间、优化设计等的突出作用越来越明显。借助计算机完成产品定型的相关设计以及生产加工模拟是当今工业生产缩短研发周期和节约开发费用的重要手段。而材料的相关数据数据库是进行数值模拟的钥匙。关键词：MAGMASOFT、数值模拟、镁合金、数据库毕业设计课程设计毕业论文详细资料联系QQ号；1620812008TheDevelopmentandApplicationofMAGMASOFTInternalStandardMateriallibrary

AbstractMAGMASOFTcastingsimulationsoftwareistheworld'sbestsoftwaretoolsfordiecasting.Itistheonlychoiceofcastingforthefoundryindustrytoimproveproductquality,processconditions,reducecostsandincreasecompetitiveness.

Moldfilling,solidification,mechanicalproperties,residualstressanddistortionofthesimulatedcastingprojectforthecomprehensiveoptimizationprovidesthemostreliableguarantee.Previousworksonlyonthecastingparametersandthequalityofcastingathoroughunderstandingofthefactors,canproducehigh-qualityfoundrycastingengineershaveconfidence.Thetraditionalmethodofcastingengineeringworktooptimizebothcostandtime-consuming,time-pressuremakesalotofcastingprojectcannotplayfullpotential.BaseonthenumericalsimulationofmagnesiumalloyinterfacewithMAGMASOFTmateriallibrary,thesoftwarefunctionswererelatedtous.MagnesiumalloybycastingonNumericalSimulationoflearning,familiarMAGMASOFTsoftware,masteritsapplication.Numericalsimulationanddatabaseintheproductdevelopmentprocessanimportantrole,particularlyfornewproductsthatsavetime,optimizethedesignismoreandmoreprominent.Withthecompletionofproducttyperelatedtocomputerdesignandmanufacturingprocesssimulationistoshortenthedevelopmentcycleinindustrialproductionandanimportantmeansofsavingdevelopmentcosts.Keywords:MAGMASOFT；NumericalSimulation；MagnesiumAlloy；Database目录摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII第1章绪论 11.1课题背景 11.2镁的性质及用途 11.3国内外镁合金铸造行业的概况 21.3.1国外镁合金铸造行业概况 21.3.2国内镁合金铸造行业概况 31.4镁合金制件的成形方法 41.4.1铸造成形 41.4.2变形成形 51.5CAE技术在铸造成形中的应用 51.6课题内容及意义 6第2章软件介绍 72.1MAGMASOFT软件介绍 72.2MAGMASOFT的实现过程 92.2.1MAGMASOFT结构特点及工作流程 92.2.2模拟过程 92.2.3材料参数 122.2.4铸造工艺参数 122.2.5物理常量参数 132.2.6各参数在铸造模拟中的作用 132.2.7添加结果 132.3小结 13第3章MAGMASOFTAZ91数据库简介 143.1国外相关信息 153.2材料性能参数 153.2.1固相线温度 153.2.2模拟初始温度 153.2.3潜热 153.2.4冒口材料填充率 173.2.5按照牛顿理论冷却 173.3导热系数-温度曲线 183.3.1导热系数 183.3.2相关分析 193.4密度-温度曲线 193.5比热容-温度曲线 203.6固相分数-温度曲线 223.7密度和比热容-温度曲线 233.8流动性研究 243.9粘性系数-温度曲线 243.10杨氏模量（弹性模数）-温度曲线 263.11屈服强度-温度曲线 273.11.1屈服强度 273.11.2工程上常用的屈服标准 283.11.3影响屈服强度的因素 283.11.4屈服强度的工程意义 283.12泊松比-温度曲线 293.13热膨胀系数-温度曲线 303.14硬化指数数-温度曲线 313.15合金组成 323.16本章小结 33结论 34致谢 35参考文献 36附录 38PAGEII---PAGE48-绪论课题背景随着铸造CAE技术的不断完善和发展，不少成熟的实用铸造CAE软件开发并推广应用到实际生产中，如德国的MAGMASOFT、美国的ProCAST、韩国的ANYCAST以及国内华中科技大学开发的华铸CAE等。其中MAGMASOFT是德国MAG-MA公司开发研制的，是当前世界上最佳的铸造CAE软件之一，它能够准确地预测铸件缺陷以及其处理结果的可视化，MAGMASOFT正成为越来越多的铸造专业人员分析和优化铸件铸造工艺的重要工具。但MAGMASOFT软件自带的材料库采用德国标准，而有些国内牌号的材料没有相应的德国标准，给模拟带来麻烦和阻碍。镁的性质及用途镁是结构材料中最轻的金属，它的原子序数12、原子价+2、相对原子质量24.3050，镁的最高纯度为99.98%时，动态弹性模量为44GPa，静态弹性模量为40GPa；293K镁的纯度为99.80%时，动态弹性模量为45GPa，静态弹性模量为43Gpa，随着温度的增加，镁的弹性模量下降[1]。自从1808年金属镁被HmuphryeDvaye首次提纯出来后人们一直没有放弃对它的研究开发，到1886年金属镁终于进入商业开发阶段。当人类历史进入20世纪70年代以后，世界各国尤其是发达国家对汽车的节能和尾气排放提出了越来越严格的限制，为此世界各大汽车生产商与1993-1994年提出了“3L汽油轿车”的新概念[2]，这些要求迫使汽车制造商不得不采用新材料、新工艺和新技术，从而促进了镁产量的大幅度提高。金属镁是人类可以制得并在空气中长期存在的有实用价值的最轻的金属，在工业上通常由电解法或硅还原法制得。近年来，节能、环保概念在世界范围内趋热，镁由于其重量轻等优异性能，在汽车、航天、航空、铸造、化工电子、通讯、仪器、机械制造、交通、蓄能材料、建筑装饰、球墨铸铁、脱硫剂、格氏试剂、焰火、军事照明弹及镁阴极保护防蚀材料、镁合金等产业中的应用也迅猛发展[2]主要产品有：镁型材、牺牲阳极、镁锭、镁合金、镁型材以及镁压铸件等等。国内外镁合金铸造行业的概况镁是1808年H.Davy发现的银白色金属，是地壳中储量最丰富的元素之一，储量在金属之中居第八位[3]，镁的室温密度为1.74c/cm3，是实用金属材料之中最轻的，约为铝的2/3。镁合金具有密度小、比强度高、良好的导电性、导热性、减震性和磁屏蔽性、易于二次使用和机械加工性好等优点。镁合金的强度接近铝合金，其比强度明显高于铝合金和钢，比刚度则与铝合金和钢相当。从1927年推出高强度MgAl9Znl开始，镁合金的工业应用获得了实质性的进展。镁合金压铸件在汽车、计算机、通讯、电子、电动工具、运动器具等领域获得了日益广泛的应用。北美、欧洲和日本是镁合金压铸件用量较多的国家和地区，其中80%镁合金压铸件用于汽车生产。因此镁合金的压铸工艺性能对其在工业中应用的发展起着决定性的作用[4-6]。国外镁合金铸造行业概况镁合金铸造始于20世纪20年代中期的德国，在1927-1930年，镁合金在一辆汽车的用量已达7.3kg，但由于镁合金熔炼及生产工艺不成熟，致使镁合金生产发展比较迟缓。1970年的石油危机使镁合金在汽车工业中日益受到重视。到了20世纪80年代后，北美国家的一些汽车生产商为了减轻汽车的净重量，达到平均燃油标准，用镁合金生产离合器壳体、进气岐管等部件，取得了明显的效果。1990年以来，世界各国政府高度重视镁合金的研究与开发，美国、日本、德国、澳大利亚等国家相继出台了自己的镁合金研究计划，把镁合金列为21世纪研究与开发的重点项目[7-9]。由于镁合金在应用中显示出了巨大的优势，1996年美国政府能源部与通用、福特和克莱斯勒三大集团签署了一项名为“PNGV”(新一代交通工具)的合作计划，该计划的目的在于生产出符合市场要求的节能轿车，政府的这一行为极大地促进了镁合金铸件的开发与应用[10]。1995年前后，加拿大联邦政府及魁贝克省与“Hydro”公司共同投资1140万加元成立了一个新的镁研究中心，其宗旨是通过优化设计、工艺和材质，获得具有优良性能的镁合金铸零部件，从而进一步拓展镁合金的应用[11]。与此同时，日本的三菱、丰田等汽车公司也都在大量使用和生产镁合金铸件，松下公司开发了镁合金压铸新型电脑外壳，索尼公司用镁合金压铸制造摄像机外壳[12]。德国1997年由德国科技教育部牵头，联合德国60余家企业、6所大学及研究所、投资3000万马克以解决镁合金铸造生产，以及镁合金铸造生产和加工中的各种关键技术难题，建立起一套完整的镁合金铸造及加工的工艺规范，并将镁合金铸造件应用于汽车、计算机、航空航天、通讯、医疗、轻工等领域。该项目取得了丰硕成果，显著促进了镁合金在德国及欧共体汽车工业的应用。2004年6月，德国宝马开发出采用镁合金的直列6缸发动机，曲轴箱内部采用铝合金，而外部则采用镁合金[13-14]。目前在美国和欧洲正在使用或正处于研制的镁基合金压铸的汽车零件至少超过60种，如汽车仪表盘、进气歧管、汽车座架、轮毂、发动机和安全部件等。信息产业也在积极开发镁合金铸造件，尤其是随着数字化技术的发展，电子元器件趋向于高度集成化、轻薄化和微型化，镁合金是电子产品的最佳壳体材料，如手机外壳、笔记本电脑壳体、数码照相机和数码摄录像机壳体等[8]。国际镁协提供的资料表明，从1991到2008年间，全世界对镁的需求量将成倍增长。1991年世界镁铸造件用量为2.4万吨，而1997年高达6.4万吨。预计2000-2010年间全球铸造镁的用量以年平均15%的速率增长，北美达30%，欧洲高达60%[15]。国内镁合金铸造行业概况我国拥有丰富的镁资源，1958年在东北生产出第一块合格的变形镁合金铸锭，现在己经成为原镁生产大国和出口大国，2000年全国产量约20万吨，80%以上作为初级原料低价出口，国内消费2万吨左右[16]。我国镁合金铸造起始于20世纪60年代末和70年代初。当时从事镁合金铸造研究的单位仅有西北林业机械厂、西北工业大学、秦岭机电公司和上海航海仪表厂等单位。上海航海仪表厂生产出了船用陀螺仪表壳体零件。西北林业机械厂与西北工业大学、秦岭机电公司合作，成功生产出了各种林业机械用镁合金压铸件19个零件号，并制订出了镁合金熔炼、保护、铸造工艺、铸件表面保护工艺等一系列工艺文件。改革开放后，随着我国汽车工业、电子通讯工业的飞速发展，对镁合金铸造件的需求与日俱增，目前全国已有一些工厂从事镁合金压铸件生产和研究。但是无论以吨数或以百分数计算，规模都很小，而且镁合金铸造业小而分散，主要分布在上海、陕西、南京、珠江三角洲等地。主要有上海乾通汽车附件制造有限公司生产桑塔纳轿车变速箱壳体(年消耗2000吨)，镁合金用量仅占2000年全国原镁产量(20万吨)的1%；南京华宏（集团）有限公司铸造厂在生产微型汽车镁合金变速箱铸造件；贵州息烽铸造件厂、深圳、东莞等数家工厂在生产笔记本电脑外壳、手机外壳镁合金铸造件等[17-18]。“十五”期间，国家启动了“镁合金应用及产业化”的攻关项目，集国内镁合金研究基础较好的院所(如:北京有色金属研究总院、上海交通大学、重庆大学、沈阳工业大学、清华大学)、镁合金生产应用企业(如：长安、隆鑫、重庆镁业、一汽、二汽、成都发动机公司、海尔、海信等)、地方政府(如：重庆、青海、宁夏、青岛、深圳等)，以产、学、研、用相结合的形式，推动我国镁合金应用及产业化健康有序的发展，以期在三年内，完成常规镁合金应用技术的开发、推广应用。目前，参与该项目的相关院校、研究所和企业研发人员达500余人，各课题的主要负责人有长期在国内从事铝、镁等轻金属材料的研究工作，积累了丰富的经验，也有曾长期在国外从事镁合金研究工作，掌握了国外镁合金产业的发展动态[3,16,18]。据专家预测[19]，我国镁合金零部件在汽车上的应用量以年15％的速度增长。我国加入WT0后，充分利用我国制造业基础雄厚、劳动力价廉的优势，将我国的镁资源优势转化为镁产品、镁技术优势，为我国制造业利用汽车等零部件全球采购的渠道进入国际市场创造了得天独厚的机遇。因此，国内国际汽车零部件市场为我国镁合金应用及产业化事业提供了巨大的发展空间。镁合金制件的成形方法镁合金制件的成形方法分为铸造和变形两类。铸造成形铸造成形可采用重力浇注、低压铸造和压铸法，近年来又出现触变注射成形新技术。其中以压铸的工艺和设备最为成熟，目前国内外的镁合金制件绝大多数用压铸法生产。为了提高压铸件的质量，扩大压铸件的使用范围，近年来研究开发了一些新的铸造技术，如真空压铸，半固态触变压铸技术等。1.由于镁合金熔体易氧化以致燃烧，铸造时热裂倾向比铝合金大，因此镁合金在熔化、浇注和铸造熔体的温度控制等方面都比铝合金铸造要复杂。压铸机分热室压铸机与冷室压铸机。热室压铸机的生产效率高，约为同容量冷室压铸机的2倍，通常用于质量不大(一般在2kg以下)的薄壁铸件。冷室压铸机适于生产壁厚和质量较大的制件，如汽车座椅、框架、汽车轮毂等产品[3]。2.真空铸造是在压铸过程中抽出型腔内的气体，以减少或消除在压铸件内的气孔和溶解于合金中的气体，提高铸造件的力学性能和表面质量。真空铸造镁合金件的最小壁厚为1.5～2.0mm，铸件强度可提高10%以上，韧性提高20%～50%，目前已成功地用真空压铸法生产出镁合金汽车轮毂和方向盘等一批主要汽车零件[13]。3.半固态触变铸造技术[18-19]：触变注射成形的工艺过程接近于注塑成形。其原理是首先将镁合金锭加工切制成细颗粒状，将此种镁合金颗粒装入料斗，强制输送到粒筒中，粒筒中旋转的螺杆驱使镁合金颗粒向模具方向运动，当其到达粒筒的加热部位时，合金颗粒呈部分熔融状态，在螺旋体的剪切作用下，具有枝晶组织的合金料形成了具有触变结构的半固态合金，当其累积到一定体时，被高速注射到抽成真空的预热型腔中成形。与传统的铸造相比，触变注射成形无需金属熔化和浇注等工序，生产过程较为清洁、安全和节能。单位成形件的原材料损耗大为减少，无爆炸危险，无需SF6气体保护，成形过程中卷入的气体大幅度减少，因此成形件可以热处理，成形件致密度高，力学性能好，耐蚀能力强。但其工艺还不是很成熟。变形成形目前铸造镁合金产品用量大于变形产品，但经过锻造、挤压或轧制等工艺生产出的变形镁合金产品具有更高的强度和更好的延展性，具有铸造镁合金产品无法取代的优良性能。镁合金可以用轧制、挤压、冲压、热锻和超塑性成形等方式进行加工[14-15]。1.轧制，镁合金在室温下塑性很低，轧制加工比较困难，因此最好用热轧与温轧。2.挤压，目前镁合金管、棒、型材主要采用挤压方法加工成形。薄壁镁合金管件，由于其截面面积减小，因此可显著减轻质量。3.冲压，镁合金在常温下不宜冲压，一般冲压温度必须在150℃以上。4.等温锻造，镁合金在常温下锻造容易脆裂，锻造温度须在200～400℃之间。但镁合金在高温下，尤其在超过400℃时产生腐蚀性氧化及晶粒粗大，锻造温度范围较窄。因此镁合金较难锻造，而适合于采用等温锻造。我国已用等温锻造工艺成功地成形了飞机上的形状复杂的镁合金机匣。5.超塑成形，镁合金塑性较低，用常规变形方法加工较难，近年来美国和日本等国专家对镁合金的超塑成形技术进行了研究。研究表明，很多变形镁合金在一定的条件下具有超塑性，可以一次成形复杂的零件。CAE技术在铸造成形中的应用压铸模CAE作为计算机在模具行业的一项新型应用技术，除了具有本身固有的特性和内容外，还将补充和完善现有的CAD/CAM系统的功能。它的兴起预示着计算机技术在模具上的应用朝着集成化的方向发展。铸造模CAE和CAD紧密相联，CAE利用CAD计算得到的型腔数据和模具结构，结合压铸机参数、压铸工艺参数、压铸材料和模具材料的性能指标等进行分析计算，得到的分析结果又反过来指导设计人员修改设计方案，直至合理利用这项技术[16-22]。通过模拟分析，可动态观察金属从开始浇注到最终凝固的整个过程，并可精确预测可能出现的各种缺陷，这样在设计阶段就尽可能地发现设计的不足之处，然后进行修改，从而避免传统的因“设计-试模-修改-试模”而导致设计周期过长以及试模成本过高的弊端，为企业缩短产品开发周期、降低生产成本、赢得市场空间提供保障[27-28]。铸造模CAE目前主要以铸造件充型的流场数值模拟、铸造模铸造件温度场模拟、铸造模铸造件应力场数值模拟为主[16.26]。一些商业三维数值模拟软件如：MAGMASOFT、Procast、Simular、Soldia等已经在市场上出现。应力场的数值模拟主要着眼于研究热疲劳对模具寿命的影响以及铸件的变形等问题[24]。温度场的数值模拟软件主要有EKK、Flow-3D、MAGMASOFT、Procast等。算法主要有FEM和FDM，也有边界元算法(BEM)。型腔充填过程的研究开始较晚，是当前铸造数值模拟的热点和难点。L.H.Kallien利用K-ε双方程模型将紊流的作用结合到MAGMASOFT软件中，对一个具有浇不足缺陷的锁盖铸造件进行了充型过程的模拟分析[24]。但由于铸造充型在高压高速条件下进行，是属于非充分发展的紊流流动，给数值模拟带来很大的困难。目前的研究正着眼于改进和完善数学模型与计算方法，使得充型模拟更能接近于实际充型情况[25]。在国内，沈阳铸造研究所和香港理工学院模拟研究了浇口位置对金属液充型过程的影响。结果表明铸造浇道设置主导充型模式，在给定设置中扇形浇道显示出良好的充填特性，其模拟结果和水力试验结果吻合良好。课题内容及意义由于国外铸造CAE软件所使用的材料数据库都不是中国标准，而且国内外的铸造CAE软件的材料数据库中的材料都是有限的，对非标材料和新材料的模拟不能顺利进行。比如MAGMASOFT带有比较强大的材料类型及其相对应的热物性参数及相应机械性能参数的数据库，但是由于MAGMASOFT材料的数据库所使用的是德国标准。国内用户进行模拟时需要进行转化对照，有的国内没有其相应的德国标准，给国内用户进行生产模拟带来麻烦和阻碍。因此迫切需要对国内标准牌号的材料库进行开发，对非标材料和新开发材料的模拟进行研究，确定行之有效的方法使对各种材料的铸造过程都能进行顺利地数值模拟。本文是在MAGMASOFT中进行镁合金材料数据库的开发的，但是所开发的国内标准材料数据库同样适用其他的铸造CAE软件，所研究的确定材料参数的方法同样可以应用于工程合金的铸造研究中。国内标准牌号镁合金材料数据库的开发可以实现铸造CAE软件对国内镁合金材材料和非标及新开发材料的铸造过程顺利进行CAE模拟，达到使用软件更好服务于生产的目的。软件介绍MAGMASOFT软件介绍MAGMASOFT铸造仿真软件是全球最佳的铸造软件工具之一，为铸造业改善铸件品质、制程条件、降低成本、增加竞争力提供了最优选择。MAGMASOFT是为铸造专业人员实现改善铸件质量，优化工艺参数而提供的有力工具，它运用仿真传热及流体的物理行为，凝固过程中的应力及应变，微观组织的形成，MAGMASOFT得以准确地预测铸件缺陷，改善现有工艺的不足，提高铸件质量。铸件的质量受众多因素影响，而质量的保证必须依靠正确的铸造工艺方案。MAGMASOFT就是设计用以支持从熔炼冶金，造型及铸型制作，浇注过程一直到热处理，炉子材料及修补，整体且全面的工艺优化工具。MAGMASOFT适用于所有铸造合金材料的铸造生产，范围白灰铁铸造，铝合金砂型铸造，到大型铸钢件铸造。可应用于：铸造部件设计的开发、最佳化生产制程、新模具的生产、现有模具及铸型的更新、质量控制及完善工程档案。MAGMASOFT铸造仿真软件为铸造业提供改善铸件品质，制程条件，降低成本，增加竞争力提供了较好的选择。2.1.1主要包括几何实体建模、CAD模型、导入接口和网络自动化分的前处理模块、用于输入工艺参数和执行运算的模拟分析模块、用于输入工艺参数和执行运算的模拟分析模块、用于模拟结果三维可视化，动画演示和评价的后处理模块。其可以进行多个模具型腔的模具模型设计、一些标准件可保存在数据库中，可以随时调用。CAD模型导入接口模块，可以将在不同CAD软件内建立的几何模型导入前处理器中MAGMAmesh模块能够在几分钟内将几何模型自动划分为合适的网格，网格的尺寸和精度可根据用户定义的参数进行调整。金属流动模块MAGMAfill能够模拟各种铸造工艺中的金属液的充型过程，其模拟结果包括：金属液的流动方式，金属液在型腔内的流动速度，充型过程中的温度分布和传热情况。充型过程中可能出现的冷隔、浇不足、冲砂、卷气和夹杂等缺陷。实现帮助工程技术人员优化浇注系统、预测由于高速金属液冲刷而造成的冲砂缺陷。根据浇注系统、浇注速度或浇包底部的压力确定浇注时间，优化压力铸造中溢流槽的位置考察因紊流导致的夹杂或卷气倾向。过滤片的正常使用等工程技术问题。传热和凝固模块MAGMAsilid模块是求解铸造凝固和冷却过程的强有力工具该模块考虑了液态和铸态的收缩效果和缩孔缩松的形成，其主要提供一下信息，凝固方式和补缩通道，铸件各处的凝固时间，铸件中的关键位置温度梯度和冷却速度，模具和型心的热载荷，铸件、模具或铸型内任意位置点的冷却曲线。其有助于帮助于铸造技术人员实现以下目标：1．优化铸造工艺和模具设计；2．优化冒口位置以提高补缩效率并降低冒口数目和尺寸；3．提高冷铁效率、降低冷铁数量；4．深入了解工艺过程，例如，取出铸件的最佳时间、模具是否需要冷却、冷铁的效果、型心受到的热冲击等；5．定量分析铸铁各部位的热模数以确定冒口位置、尺寸和数量；6．考察消除缩松缩孔的铸造工艺。2.1.2.应力模块铸造过程中由于不均匀的温度分布导致铸件和模具产生应力和变形。MAGMAstress应力模块能够预测铸件在凝固和冷却过程中的应力场分布和相应的应变和变形。而且，能够预测金属铸型中的应力和应变状态。MAGMAstress应力分析模块利用MAGMASOFT标准模块求解的温度场进行模拟。MAGMAstress应力模块完全集成在MAGMASOFT软件中。其主要考察铸件、模具与温度相关的非线性材料特性，尤其是弹性模量、屈服应力、泊松比；热膨胀系数、材料的加工硬化。MAGMAstress应力模块能够实现以下几个目标：1．优化铸件在室温时的残余应力分布；2．使铸件产生的变形和收缩最小；3．防止冷裂；4．预测铸件在凝固和冷却过程中由于冷却的条件不同而引起应力应变；5．预测易产生热裂的敏感位置；6．预测金属铸型中的裂纹倾向；7．更好的了解应力的形成机理以提高模具寿命。2.1.3MAGMASOFT后处理器三维可视化图形显示与运算结果评估MAGMASOFT三维后处理器允许用户在真实几何模型上从任一方向上查看模拟结果，并且可以对几何模型进行剖分以查看断面的模拟结果，并且可以查看工艺过程中任意时刻铸件和铸型的温度场分布状态。铸件的缩孔缩松水平，金属液的充型方式和传热历史都能够准确的进行描述，并且以X．ray透视的方式动画显示模拟结果。各种判据有助于用户将充型和凝固的综合信息归纳到一张图片内。MAGMASOFT的实现过程首先将PRO／E中所有文件都需要转化成STL文件，而且铸件，冒口，浇注系统，冷铁都需要割离开来，每一部分都作为独立的文件；简单件可以直接在MAGMASOFT中生成。文件输出时要注意坐标系的选择，也可重新绘制坐标系，以确其Z轴朝上。以上的设置均因为MAGMASOFT中的特殊要求，来保证和MAGMASOFT中坐标系吻合最终能够成功被MAGMASOFT读取。MAGMASOFT结构特点及工作流程MAGMASOFT的结构特点如图2-1：实体实体造型网格划分流、温度场计算结果显示凝固过程计算图2-1MAGMASOFT结构特点MAGMASOFT的流程主要包括：1．ProjectManagement(工程管理)。存取铸件及模具的几何形状、性质、铸造条件的数据供调用，管理统一作业中不同的修订结果，以便反复比较优化工艺已模具设计。2．Preprocessor(前处理)。简便快速输入铸件或模具的几何形状，进行网格剖分，也可用接口软件直接输入其它外部CAD软件生成的几何形状数据并加以利用。此过程包含了网格剖分(Enmeshment)。3．Simulation(模拟)。研究充填顺序、流动模式、铸件凝固时间温度梯度等数据，帮助优化浇注系统设计和冷却系统设计，从而优化铸造工艺。4．Postprocessor(后处理)。根据计算结果，直接考察铸件关键区域的情况，随时观察铸件和模具的温度，通过X-ray、切片等辅助手段，精确显示气孔所在，动画显示充填及凝固过程。5．Info(信息)。记录保存计算过程的关键数据，为分析结果，优化工艺提供数据依据。模拟过程前处理在Project中新建一个文件名，指定其路径，以便查找生成的文件。在此文件名下进入Preprocessor，这是模拟过程中的一个主要工作区。读入转化成“STL”格式的文件。应注意的是MAGMASOFT中把材料分为Sand(砂型)、Core(砂芯)、Casting(铸件)、Feeder(冒口)、Gating(浇注系统)、Inlet(浇口通道)、Cooling(冷铁)、Insulator(保温材料)等，所列举的是常用的铸造工艺所包含的内容。要求处理时应分别读取每一部分图象特征，该特征会被MAGMASOFT用不同颜色标记。当模型读入后可以设置Tracer示踪粒子，跟踪充型、凝固过程中液体的流动特征。网格划分设计好模型后采用有限差分法对铸件模型进行网格的划分，完成铸造分析模型的几何近似和模型化。网格划分的越细，计算结果越精确。虽然细化网格有助于计算结果的精确性，但是也会导致计算量较大，计算时间较长。所以网格划分要根据分析的目的来确定。网格划分有自动、标准、高级、高级2四种模式。一般零件的粗略模拟可采用自动，用做特殊的分析可人为设定，影响网格生成的因素有以下几个：1．壁厚：壁厚参数按照X、Y、Z三个方向设定，它限制了网格发生器取点的单元尺度，缺省值为5毫米。如果壁厚设定值大于实际壁厚，那么这个部位就无法被捕捉，造成模型失真。2．精度：这个参数规定每个网格可以进一步划分的子网格数，缺省值为3。3．单元尺寸：这个参数规定最小网格的极限尺寸，单元尺寸的优先权比精度高，当单元尺寸大于网格继续划分的尺寸时精度就不起作用，缺省值为5毫米。4．光滑度：光滑度表示相邻网格长度的最大比值。如果实际长度比值超过了光顺度，那么体积大的网格就会被进一步划分，缺省值为2。5．比率：比率表示网格长与宽的最大比值，大于此值的网格就会被继续划分，缺省值为5毫米。网格划分后的模型应尽量与实际模型相符，以确保实验结果的准确性。网格划分的前提就是壁厚参数小于铸件的最小壁厚。同时根据对计算结果的不同要求设置不同的网格密度。在保证计算精度的前提下，提高计算效率。模拟参数的设定网格划分完成后进行模拟参数的设定。首先选择铸模的种类，分永久模和砂模。接着设定所要模拟的内容，充型、凝固、应力的模拟可根据具体零件确定。1．材料定义需设计铸件、冒口、浇注系统等各部分所用的材料、浇注温度、液相临界温度、固相临界温度。2．热物性参数。热传系数是用来描述一种介质到另一种介质在界面处的传热量，例如从铸件到砂模。所要设定的就是铸件与铸模、保温材料、冷铁，铸模与保温材料、冷铁，砂芯与铸模，保温材料的热传系数。热传系数可以根据材料性质查到，对于特殊情况可能需要铸造厂方单独测定。3．充型、凝固定义。充型可选择由压力、浇注速度、时间来限定再确定相应的充型时间、方向，设置数据的存储，即要规定出数据记录的范围和记录数据的间隔。凝固定义包含是否对补缩进行计算，以及补缩率的确定；补缩率越大，所需补缩时间越长。临界温度1与临界温度2的设定，1代表固相温度加固液温度区间的10％的温度值，2表示液相温度加上2℃的值。这样1与2之间的温度就可以确保金属液在固液相区，是凝固过程的模拟。数据存储与充型定义相同。结果显示在后处理中选择几何操作，可以看到模拟的结果。首先需要对要显示的部件加以选择，而后就会出现模拟后的实体。可以对铸件进行X射线分析，从x、Y、Z三个方向切割铸件，观察内部充型、凝固过程及缺陷可能产生的位置。结果显示中包括充型过程中的压力、速度、温度、示踪粒子；凝固过程中铸件的固、液相分数、温度及其判据。模拟结果中的Niyama判据评价了流动阻力对缩松产生的影响，适用于缩松缺陷判定，是一种综合性的预测方法。E．Nivama提出的法即Niyama判据，它表示温度梯度与冷却速率之间的关系。计算公式如下：(2-1)其中，Niyama为无量纲量，G为温度梯度，R为冷却速度。众所周知，金属凝固时，液态收缩和液一固相线之间的体积收缩即凝固收缩是形成缩孔及缩松的主要原因。当补缩通道流畅、枝晶没有形成骨架时，体积收缩表现为集中缩孔(一次或二次)，且位于铸件可流动单元的上部；而当枝晶形成骨架、宏观补缩通道被堵塞时，被枝晶分割包围的液体部分的体积收缩表现为缩松(枝晶范围内)。固态收缩对缩孔、缩松的形成影响不大，因此可不考虑固态收缩。随着凝固的进行，单元固相分数不断增加，液相分数不断减少，当单元固相率大于临界流动固相率时，该单元便成为不可流动单元，因此就不能参与宏观补缩。因此每进行一步计算都应判断哪些单元是可流动单元，哪些是不可流动单元，然后从顶向下减去流动单元，使流动单元减少数等于缩孔单元的增加数，所有缩孔单元的集合就成为一次或二次缩孔，而单元坐标则反映了缩孔的位置。当枝晶凝固形成骨架时，被枝晶包围的液体体积收缩将形成缩松，对于缩松出现部位，可用新山英辅提出的判据进行判断，当单元的值小于某一临界值时，该单元便是可能出现缩松的单元。所有可能出现缩松的单元的集合就表示了缩松的分布范围。对三维温度场来说，需计算每一个节点相邻26个单元的G、R值，取最大者代表枝晶间补缩能力。当小于某一临界值时单元出现缩松，否则不出现。这个临界值与铸件大小有关，新山英辅认为临界值为1.0，但李文珍等研究发现，值与铸件的大小有关，其临界值为0.8～1.20，大件取上限，小件取下限。Porosity判据是对铸件缩孔加以判断的有效途径。通过凝固模拟来计算此过程结束后的缩孔率。将Niyama判据和Porosity判据一同使用可以有效的预测铸件中的缩孔、缩松，为优化铸造工艺、降低铸件废品率提供了可靠的保证。Fstime判据表示铸件每个区域达到所给的补缩率所耗费的时间，以此来判断收缩产生的原因及解决方法。Hotspot判据显示的是凝固过程中何时会形成热节，单位是时间(s)，描述了可能产生缩松的区域。材料参数材料的参数是根据所添加材料相对应确定添加的，材料的相应参数决定对该材料的铸件进行模拟的准确性和精确度。(a)化学成分：指材料的化学组成成分，是常数。化学成分是一种材料和其他材料参数的决定性因素。一旦化学成分确定其热物性参数就确定下来。(b)机械性能参数：包括材料的强度、硬度、弹性、塑性、泊松比和杨氏模量等。(c)热物性参数：热过程是物质世界普遍存在的一种物理过程，与这种过程相联系时至与材料外部作用，必然引起材料的某种反应或变化，这就是材料的热物理性能。热物性参数：热物性参数包括密度、热扩散系数或导温系数a、比热容Cp、导热系数、热膨胀系数a、另外还有熔点、密度、粘度、热发射率、热吸收率、热反射率、溶质分配系数等。密度：是材料每单位体积质量。=m/v比热容Cp：指物体每上升(降低)一度吸收(放出)的热量。C=dQ/m×dt）导热系数：单位时间内通过热流垂直的单位面积的热量成为热流密度，即为材料的导热系数，是指材料传递热量的能力。热扩散率a：导温系数，是表征非稳态导热过程中温度变化快慢的物理量。铸造的充型、凝固、及铸后热处理过程都是热能的吸收、释放和转移过程。因此热物性参数是铸造CAE的数值模拟运算过程中的依赖性参数，不完全不准确的热物性参数都会使数值模拟过程出现偏差或者无法进行。铸造工艺参数铸造工艺参数是指实际的铸造过程中控制铸造工艺的具体参数，包括金属的冶炼温度、出炉温度、浇注温度、浇注时间等。它不是固定的，但是可以通过铸造CAE来对工艺参数进行优化。物理常量参数包括材料的固相线温度、液相线温度、潜热、补缩率等。也是随材料的确定而确定，不随温度的变化，开发中一次性添加备用。第三章中会详细介绍各参数之间的关系，软件中提供的关系曲线和简单分析。各参数在铸造模拟中的作用MAGMASOFT软件可以对铸件进行如下的计算分析1．重量计算——估价精度的提高铸件厚壁处的显示2．充型计算——预测流动缺陷(充填不良，冷隔缺陷，夹杂缺陷)3．凝固计算——预测凝固缺陷(缩孔、热裂及铸型温度等分析)4．热应力计算——预测热应变缺陷(变形，裂纹，收缩)5．热处理的计算——预测铸后热处理所得组织和机械性能另外MAGMASOFT软件还可以进行浇注系统和冒口的通畅情况和补缩通道的闭合时间的统计。可以记录各时刻的固液相比例等。MAGMASOFT是对温度场和流场、相场三场模拟的耦合，模型中涉及到的热物理性质众多，其对模型计算精度的影响效果各不相同，通过模型分析表明，对能量传输模型计算精度影响最大的两个热物理性质为密度和导热系数，对溶质传输模型计算精度影响最大的热物理性质，为溶质分配系数k。热物性参数对铸造的充型凝固过程起决定性作用，对应力的模拟计算则影响不大；机械性能参数对应力的计算起着重要影响作用；热处理的计算是热物性参数和机械性能参数以及物理常量参数的共同作用；铸造工艺参数是模拟过程中的热源来源，对铸造的整个充型、凝固、热应力的计算都是有直接的影响，凝固过程是铸件质量缺陷产生的主要过程，而影响凝固过程的主要参数是合金的热物性参数与铸造工艺对应的模拟过程的控制参数，其中控制参数要反映实际的生产情况要与生产工艺相吻合；物理常量参数决定了模拟计算的时间和补缩情况。添加结果一种材料的相关参数通过查找、计算、实测等手段确定之后，按照上述过程进行添加，所测得的数据是离散的点值，添加到MAGMASOFT软件中是以连续函数的形式保存的，以保证模拟运算过程中方程的连续性。在MAGMASOFT中输入孤立的点函数后图像是自动生成的，不用另外做函数图，理论上确定的点越多模拟的结果就越准确。小结(1)介绍了MAGMASOFT的主要特点，和工程应用范围；(2)介绍了MAGMASOFT的工作原理和模拟方法，对其工作流程、模拟过程、参数设定、结果显示进行了说明。MAGMASOFTAZ91数据库简介启动程序，进入MAGMA材料库（Database），选择材料，得到如图3.1a所示窗口（本文以AZ91为例进行说明）。图3.1a初始页面国外相关信息图3.1b国外相关信息如图3.1b，美国标准牌号对应USA，ASTMB275：AZ91B；日本标准牌号对应Japan，JISH2222:MDCIN1B。材料性能参数材料类型：AZ91是轻合金。固相线温度如图3.2a，AZ91的固相线温度是425℃。液相线温度是601℃。合金冷却时，会在某一个温度开始形成固体晶体（但大部分为液体），再继续冷却，就会在一个更低的温度完全变成固体。随着合金成分的变化，这两个温度点也会变化，因此形成一个相对合金成分变化的两条曲线。上面一条曲线为液相线，下面为固相线。模拟初始温度如图3.2a对AZ91铸件进行铸造模拟的初始温度为650℃。潜热如图3.2a所示合金AZ91的熔化潜热为370KJ/Kg。潜热是指在温度保持不变的条件下，1kg物质在从某一个相转变为另一个相的相变过程中所吸入或放出的热量。是一状态量。因任何物质在仅吸入(或放出)潜热时均不致引起温度的升高(或降低)，这种热量对温度变化只起潜在作用，所图3.2a材料性能参数以叫做潜热。其值不仅因物质种类不同而异，而且也与温度或压力密切相关。按相变过程种类的不同，有气化潜热、熔解潜热和升华潜热等。同种物质在温度相同、方向相反的相变过程中所吸入或放出的潜热，其量值必相等，如气化潜热总是等于凝结潜热。一级相变过程中单位质量物质吸收或放出的热量。有时称相变潜热。物质三态变化都是相变，因此汽化热、熔解热、升华热都是相变潜热。在不同的相变温度下，相变潜热有不同的值。在物质的三相点，有三种潜热。如果用α、β、γ分别代表物质的固、液、气相,用潜热分别表示熔解、汽化、升华三种潜热，则有潜热即三种潜热中的一种，可由其他两种求出。许多固体在不同的温度和压强下具有不同的结晶形式，即可以从一种固相转变为另一种固相，这种过程称为同素异晶转变。同素异晶转变过程中也要产生相变潜热。本文中主要考虑的是固液转变中的潜热发生。在一级相变中，吸收或释放热量，伴随体积的变化，但系统的温度不变。所吸收或放出的热量称为“相变潜热”。相变潜热与发生相变的温度有关，单位质量的某种物质，在温度下的相变潜热是值。若用u1和u2分别表示1相和2相单位质量的内能，用v1和v2分别表示1相和2相单位质量的体积，于是单位质量的物质由1相转变为2相时所吸收的相变潜热可用下式表示：l＝（u2-u1）＋p（v2-v1）＝h2-h1（3-1）式中p是作用于系统的外部压强，h1和h2分别为1相和2相单位质量的焓。上式相变潜热公式表明，相变潜热内潜热（u2-u1）和外潜热p（v2-v1）两部分。冒口材料填充率冒口材料填充率是58.0%，如图3.2a所示。按照牛顿理论冷却图3.2b牛顿冷却定律示意图牛顿冷却定律（Newton'slawofcooling)：温度高于周围环境的物体向周围媒质传递热量逐渐冷却时所遵循的规律。当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比，比例系数称为热传递系数。牛顿冷却定律是牛顿在1701年用实验确定的，在强制对流时与实际符合较好，在自然对流时只在温度差不太大时才成立。是传热学的基本定律之一，用于计算对流热量的多少。如图3.2a所示：温差Δt＝|tw-tf|q＝hΔtΦ＝qA＝AhΔt＝Δt/(1/hA)（3-2）其中的1/hA称为对流传热热阻。字母代码为q为热流密度，h为物质的对流传热系数，Φ为传热量A为传热面积。一个热的物体的冷却速度与该物体和周围环境的温度差成正比。即-dT/dt=(T-Tc)/τ（3-3）式中，-dT/dt——物体的温度随时间下降的速度，负号表示物体的温度是下降的，τ——物体的温度从T下降到环境温度Tc实际所需要的弛豫时间。在微分条件下，-dT/dt和(T-Tc)/τ是微线性关系。这是微线性思维的典范之一。牛顿冷却定律的这个微分方程没有考虑物体的性质，所以这不是物性方程式。它只是关于一个假想物体，其温度随时间单纯下降的一个数学微分方程。与其叫“牛顿冷却定律”，叫“牛顿冷却定理”更准确。不过，这个明显的缺点，反而是最大的优点。它的无比抽象性在宣告：“这是任何物体冷却的共同遵守的数学规律！”。实验表明，物体的温度随时间下降的速度和物体的结构以及理化性质并非完全无关。尤其是急速冷却的条件下，我们可以修改线性“牛顿冷却定理”，给它添加若干个非线性的项就可以了解决实际问题了。这也告诉我们上面的微线性牛顿冷却定律至少不适用于描写那些急速温度变化的物理现象。导热系数-温度曲线导热系数如图3.3所示，热导率或称“导热系数”，是物质导热能力的量度。符号为λ或K。其定义为：在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米，面积为1米2的平行平面，若两个平面的温度相差1K，则在1秒内从一个平面传导至另一个平面的热量就规定为该物质的热导率，其单位为瓦特·米-1·开-1（W·m-1·K-1）。如没有热能损失，对于一个对边平行的块形材料，则有：E/t=λA（θ2-θ1）/l（3-4）式中E是在时间t内所传递的能量，A为截面积，l为长度，θ2和θ1分别为两个截面的温度。在一般情况下有：dE/dt=-λAdθ/dl（3-5）热导率λ很大的物体是优良的热导体；而热导率小的是热的不良导体或为热绝缘体。λ值受温度影响，随温度增高而稍有增加。若物质各部之间温度差不很大时，在实用上对整个物质可视λ为一常数。晶体冷却时，它的热导率增加极快。图3.3导热系数-温度曲线根据图3.3数据可知，温度与导热系数的对应关系是：1．从1℃到425℃温度区间，导热系数随温度升高而逐渐升高，最大值为83W/mK；2．从425℃到601℃温度区间，导热系数随温度升高而逐渐降低，最小值为70W/mK；3．从601℃到1000℃温度区间，导热系数随温度升高而逐渐升高，直到83W/mK；4．当温度超过1000℃之后，导热系数保持83W/mK不变。相关分析从上一章节我们可以知道，601℃是液相线温度。在425℃到601℃温度区间，AZ91进入液相到气相的转变，箱变过程中伴随着潜热的发生，从而存在热量的吸收或者释放，因此导致导热系数的下降。当合金温度高于601℃之后，合金已经完全气化，所以潜热印象逐渐减小，导热系数逐渐恢复，并在1000℃时恢复至最大水平。超过1000℃时，导热系数是由材料决定，不再发生改变。固相到液相中导热系数没有类似的回落，推测为在固液转变过程中潜热对导热系数的影响甚小或者没有影响。综上得到如图3.3所示温度与导热系数的对应折线。密度-温度曲线如图3.4所示，密度的物理意义：某种物质的质量和其体积的比值，即单位体积的某种物质的质量，叫作这种物质密度。用水举例，水的密度在4℃时为103千克/米3或1克/立方厘米（1.0×103kg／m3，）物理意义是：每立方米的水的质量是1.0×103千克，密度通常用“ρ”表示，读“rou”。密度是反映物质特性的物理量，物质的特性是指物质本身具有的而又能相互区别的一种性质，人们往往感觉密度大的物质“重”，密度小的物质“轻”一些，这里的“重”和“轻”实质上指的是密度的大小。质量是物体所含物质的多少。所含物质减少，所以质量减少。密度是物质的一种特性，它不随质量、体积的改变而改变，同种物质的密度不变。图3.4密度-温度曲线密度是物质的一种特性，它只与物质的种类有关，与质量、体积等因素无关，不同的物质，密度一般是不相同的，同种物质的密度则是相同的。密度的公式：ρ＝m/V(ρ表示密度、m表示质量、V表示体积)正确理解密度公式时，要注意条件和每个物理量所表示的特殊含义。国际单位制中密度的单位是：千克/米3；正确读法为千克每立方米，符号kg/m3；常用的单位是克/厘米3；正确读法是克每立方厘米，符号为g/cm3。它们之间的换算关系：1g/cm3=1000kg/m3。在密度温度曲线图3.4中我们可以发现：随着温度升高，密度始终是越来越小，直到气化。在601℃温度点附近有小的波动，这可以理解为完全液化对整个合金形态的影响，导致密度有少许的增大。比热容-温度曲线如图3.5，比热容(specificheatcapacity)又称比热容量，简称比热(specificheat)，是单位质量物质的热容量，即使单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。比热容是表示物质热性质的物理量。通常用符号c表示。物质的比热容与所进行的过程有关。在工程应用上常用的有定压比热容Cp、定容比热容Cv和饱和状态比热容三种，定压比热容Cp是单位质量的物质在比压不变的条件下，温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的能量；定容比热容Cv是单位质量的物质在比容不变的条件下，温度升高或下降1℃或1K吸收或放出的内能，饱和状态比热容是单位质量的物质在某饱和状态时，温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的热量。设有一质量为m的物体，在某一过程中吸收（或放出）热量ΔQ时，温度升高（或降低）ΔT，则ΔQ/ΔT称为物体在此过程中的热容量（简称热容），用C表示，即C=ΔQ/ΔT。用热容除以质量，即得比热容c=C/m=ΔQ/mΔT。对于微小过程的热容和比热容，分别有C=dQ/dT，c=1/m*dQ/dT。因此，在物体温度由T1变化到T2的有限过程中，吸收（或放出）的热量Q=∫(T2,T1)CdT=m∫(T2,T1)CdT。图3.5比热容-温度曲线一般情况下，热容与比热容均为温度的函数，但在温度变化范围不太大时，可近似地看为常量。于是有Q=C(T2-T1)=mc(T2-T1)。如令温度改变量ΔT=T2-T1，则有Q=cmΔT。这是中学中用比热容来计算热量的基本公式。在英文中，比热容被称为：SepcificHeatCapacity(SHC)。用比热容计算热能的公式为：Energy=Mass×SpecificHeatCapacity×Temperaturechange可简写为：Energy=Mass×SHC×TempCh，Q=mcΔt。与比热相关的热量计算公式：Q=cmΔt即Q吸（放）=cm(t-t1)其中c为比热，m为质量，t为末温，t1为初温，Q为能量。吸热时为Q=cmΔt升（用实际升高温度减物体初温），放热时为Q=cmΔt降（用实际初温减降后温度）。或者Q=cmΔt=cm(t末-t初)，Q>0时为吸热，Q<0时为放热。Dulong-Petit规律：金属比热容有一个简单的规律，即在一定温度范围内，所有金属都有一固定的摩尔热容：Cp≈25J/(mol·K)所以Cp=25/M，其中M为摩尔质量，比热容单位J/(mol·K)。当温度远低于200K时关系不再成立，因为对于T趋于0，C也将趋于0。从图3.5比热容-温度曲线中我们也可以发现，随着温度的升高，直到AZ91合金气化，比热容一直随着温度的升高而增大。熔化和汽化过程中比热容升高比较快，这是由于在相变过程中有潜热的影响。致使合金温度升高过程中需要吸收更多的热量。当合金变为气相之后，比热容不再随着温度的升高而增大，趋于稳定。固相分数-温度曲线图3.6固相分数-温度曲线如图3.6所示，固相分数指的是固体相在整个合金所占的比例。当固相分数变为零的时候，表示此时后的金属已经全部融化，成为液相。从图3.6中可以看到，当温度为425℃的时候，固相分数是1，此时，AZ91还未熔化。当AZ91的温度超过601℃（液相线温度），AZ91处于气相形态，没有固相存在。固相分数也就为0，温度继续升高，固相线分数保持不变。密度和比热容-温度曲线图3.7a密度和比热容-温度曲线图3.7b密度和比热容-温度曲线如图3.7a、3.7b所示，密度比热容的乘积表示的是：由Q=cmΔt和m=ρV可知，cρ=Q/mΔt即表示单位质量的某种物质升高一摄氏度时需要吸收的热量，这里我们可以理解为单位质量的AZ91升高一摄氏度时所需要的热量。密度和比热容的乘积可以理解为：单位密度物质的热容量，即是单位密度物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。从图3.7a、3.7b中可以看到，整个密度*比热容-温度曲线中有两处急剧变化的点。参考AZ91的物理性质，这两个点是AZ91发生相变的时候，由于有了相变潜热的存在，使得AZ91从固相变为液相，液相变为气相的时候会发生吸收相变潜热，从而导致了升高一定温度需要吸收更多的热量。当AZ91出于单一的相态时候，密度与比热容的乘积随温度的变化不是很强烈，只是稍有上升，大体趋势还是保持一致的。流动性研究如图3.8所示金属的流动性考虑的是金属在熔融状态的时候，运动遵循流体运动规律。实际刘提示有粘性的，静止时可以不考虑其粘性，但是运动流体中质点间存在相对运动，因此除考虑质量力和压力作用外，还要考虑粘性摩擦力的作用。浇铸过程中，摩擦力的大小也会影响到模具填充过程中的金属流动性，从而影响铸件的铸造质量。所以在选择浇铸温度的时候，选择一个金属流动性最好的时候能够提高铸件的质量。根据图3.8可知，当温度在469℃的时候，AZ91的粘度系数最小，也就是流动性最好。此时，金属熔液充满型腔的能力也是最强，对于充分利用金属熔液的流动性最为有利。所以系统内设模拟温度为469℃。我们运用MAGMASOFT进行数值模拟的目的就是寻找实际生产过程中的最优化的运作方案。所以我们根据经验数据选择了AZ91液态时流动性最好的温度点进行模拟，争取得到的设计方案是最优化的。图3.8金属流动性粘性系数-温度曲线黏度(viscosity)施加于流体的应力和由此产生的变形速率以一定的关系联系起来的流体的一种宏观属性，表现为流体的内摩擦。又称黏性系数、动力粘度，记为μ。牛顿黏性定律指出，在纯剪切流动中相邻两流体层之间的剪应力（或粘性摩擦应力）为式中dv/dy为垂直流动方向的法向速度梯度。黏度数值上等于单位速度梯度下流体所受的剪应力。速度梯度也表示流体运动中的角变形率，故黏度也表示剪应力与角变形率之间比值关系。按国际单位制，黏度的单位为帕·秒。有时也用泊或厘泊(1泊＝10-1帕·秒，1厘泊＝10-2泊）。英文表示式Pa/s(帕/秒)或mPa/s(毫泊/秒)。黏度是流体的一种属性，不同流体的粘度数值不同。同种流体的黏度显著地与温度有关，而与压强几乎无关。气体的黏度随温度升高而增大，液体则减小。在温度T<2000开时，气体黏度可用萨特兰公式计算：μ/μ0＝(T/T0)3/2(T0＋B)/(T＋B)（3-6）式中T0、μ0为参考温度及相应粘度，B为与气体种类有关的常数，空气的B＝110.4开；或用幂次公式：μ/μ0＝(T/T0)n，指数n随气体种类和温度而变，对于空气，在90开<T<300开范围可取为8/ρ。水的粘度可按下式计算：μ＝0.01779/(1＋0.03368t＋0.0002210t2)（3-7）式中t为摄氏温度。粘度也可通过实验求得，如用黏度计测量。在流体力图3.9粘度-温度曲线学的许多公式中，黏度常与密度ρ以μ/ρ的组合形式出现，故定义v＝μ/ρ，由于v的单位米2/秒中只有运动学单位，故称运动粘度。对于牛顿流体，剪切应力与剪切速率之比为常数，称为牛顿黏度，对于非牛顿流体，剪切应力与剪切速率之比随剪切应力而变化，所得的粘度称在相应剪切应力下的“表观黏度”。塑料属于后一种情况。黏度是指液体受外力作用移动时，分子间产生的内摩擦力的量度。运动粘度表示液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度，其值为相同温度下的动力粘度与其密度之比，在国际单位制中以米2/秒表示。习惯用厘斯(cSt)为单位。1厘斯=10-6米2/秒=1毫米2/秒。流体内部抵抗流动的阻力，用对流体的剪切应力与剪切速率之比表示。单位为泊[帕·秒]。从图3.9粘度-温度曲线中我们可以看到：金属液在温度为469℃时候，粘度系数最小，随温度升高，粘度系数略有上升，幅度较小。杨氏模量（弹性模数）-温度曲线如图3.10所示，杨氏模量(Young'smodulus)是表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量，它是沿纵向的弹性模量，也是材料力学中的名词。1807年因英国医生兼物理学家托马斯·杨(ThomasYoung，1773-1829)所得到的结果而命名。根据胡克定律，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理量，仅取决于材料本身的物理性质。杨氏模量的大小标志了材料的刚性，杨氏模量越大，越不容易发生形变。杨氏弹性模量是选定机械零件材料的依据之一是工程技术设计中常用的参数。杨氏模量的测定对研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等各种材料的力学性质有着重要意义，还可用于机械零部件设计、生物力学、地质等领域。测量杨氏模量的方法一般有拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法等，还出现了利用光纤位移传感器、莫尔条纹、电涡流传感器和波动传递技术（微波或超声波）等实验技术和方法测量杨氏模量。固体在外力作用下将发生形变，如果外力撤去后相应的形变消失，这种形变称为弹性形变。如果外力撤去后仍有残余形变，这种形变称为范性形变。应力Tensilestress(σ)单位面积上所受到的力(F/AA=cross-sectionalarea=S面积)。应变Tensilestrain(ε)：是指在外力作用下的相对形变(相对伸长e/Le=extension=△L)它反映了物体形变的大小。胡克定律：在物体