《表1 40CrNiMo合金的化学成分》

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《基于ProCAST的40CrNiMo金属型铸造微观组织分析》

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以40CrNiMo合金钢圆柱型棒料的金属型铸造过程为研究对象，铸件尺寸为φ42 mm×235 mm，化学成分见表1。利用ProCAST的Meshing模块进行网格划分，单元类型为四面体单元，单元数为52 560，节点数为11 390。将各元素的质量分数导入ProCAST，基于Scheil模型，通过软件的热力学数据库，确定40CrNiMo合金钢的固、液相线温度分别为1 121℃和1 492℃通常浇注温度需高于液相线50～80℃。因此，本有限元模型选取的浇注温度为1 550℃和1 580℃。为便于金属流动，减小铸件内应力，根据工程经验，设定金属型的预热温度为300℃。铸造凝固过程中界面换热系数对铸件的组织和性能影响较大。一般情况下，砂型的换热系数为300～1 000 W/（m2·K），金属型的换热系数为1 000～5 000 W/（m2·K）。金属型铸造由于工艺要求，必须在铸型内壁或金属芯表面涂刷涂料。涂料的种类和厚度能够控制凝固过程的导热情况，改变金属型的热物理性能。因此，本研究通过设置不同的换热系数来代表不同的涂料选择。以浇注时间表征浇注速度，根据工程经验，设置浇注时间分别为2 s和5 s。此外，为研究不同冷却条件对液态金属凝固过程的影响，分别模拟空冷和水冷过程。综上所述，有限元模型的初始条件及边界条件列于表2。