Описание базы данных

Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
LVMFLOW
Г1. БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
БАЗА ДАННЫХ
МАТЕРИАЛЫ предназначена для
спецификации различных материалов, из которых состоит
литейная конфигурация. По умолчанию база данных
поставляется
со
сплавами,
наиболее
широко
используемыми на рынке. Вы можете также вводить свои
собственные материалы.
Данные по материалам хранятся в формате MS ACCESS
2000.
Г2. ССЫЛКИ НА СТРАНИЦЫ ИНТЕРНЕТ С
ДАННЫМИ ПО МАТЕРИАЛАМ
Web elements - можно просмотреть свойства всех
легирующих элементов:
http://www.shef.ac.uk/chemistry/web-elements/
Ассоциация чугуна с шаровидным графитом множество данных по чугуну с шаровидным графитом:
http://www.ductile.org
Фазовые диаграммы – информация по фазовым
диаграммам:
http://www.cyberbuzz.gatech.edu/asm_tsm
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
46
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
Термодинамические данные и фазовые диаграммы
– данные по термодинамике и фазовым диаграммам:
http://www.thermocalc.se
MatWeb
http://chemengineer.about.com/science/chemengineer/gi/dynamic
/offsite.htm?site=http://www.matls.com/
Г3. СОДЕРЖАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ содержит данные по
различным сплавам и материалам формы. Данные
классифицированы в классы сплавов и один класс
материалов формы. Сплавы, принадлежащие к одному
классу, имеют одну общую базовую диаграмму
состояний.
Следующие теплофизические данные хранятся в Базе
данных для каждого сплава:






Порог протекания - Критическая доля жидкой
фазы (%) - Ниже этого значения питание
металлом между двумя жидкими зонами
невозможно;
Порог текучести - Доля жидкой фазы (%) Выше этого значения свободное течение
жидкости;
Tлик - Температура ликвидуса, расчитывается
автоматически. Начало затвердевания;
Tсол - Температура солидуса, расчитывается
автоматически. Окончание затвердевания;
Qкр - Удельная теплота кристаллизации;
Qэвт - Удельная теплота образования
эвтектики;
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
47
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ


Химический состав ;
Модифицированная диаграмма состояний автоматически считается по базовой диаграмме
состояний класса сплавов с учетом химического
состава сплава.
Теплофизические свойства для каждого слава
(теплопроводность,
удельная
теплоемкость,
плотность, коэффициент линейного расширения,
кинематическая
вязкость,
коэффициенты
теплопереноса)
хранятся
в
форме
графиков
температурных зависимостей (температурных точек).
Эти графики можно просмотреть независимо. При
движении
мыши
вдоль
графика,
значения
теплофизического свойства в проходимых точках
графика, высвечиваются под графиком.
Г4. ВЫБОР КЛАССА СПЛАВОВ ИЛИ
МАТЕРИАЛОВ ФОРМЫ
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ содержит данные по
различным сплавам и материалам формы. Основные
группы материалов высвечиваются в списке классов на
панели инструментов. Для выбора группы отметьте ее
подсветкой и щелкните левой кнопкой мыши. Рядом на
панели инструментов можно высветить список
материалов или сплавов, входящих в выбранный класс.
Аналогичным образом выберите нужный сплав или
материал формы.
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
48
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
КЛАСС МАТЕРИАЛЫ ФОРМЫ
В этой группе содержатся не только материалы форм,
но также материалы холодильников, материалы
металлических форм, экзотермики (красный цвет),
теплоносители (голубой цвет) как, например, вода,
воздух и минеральные масла.
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
49
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
Материалы Экзотермики показаны красным цветом.
Они используются для нагрева некоторых частей
отливки и последующей теплоизоляции.
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
50
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
Материалы из группы Теплоносители показаны
голубым цветом в списке. Это либо среда, в которую
выделяется
тепло
(естественная
конвекция
и
излучение), но уравнения теплопроводности в среде не
решаются,
либо
теплоносители
в
каналах
нагрева/охлаждения. В этом случае решается
одномерное уравнение теплопроводности. Также
рассчитывается теплоотвод в форму.
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
51
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
КЛАССЫ СПЛАВОВ
В базу данных по материалам включены следующие
наиболее известные группы сплавов:


Углеродистая сталь – Группа Углеродистые
стали основана на Шведском и Американском
стандарте. Обычно эти стали обладают высокой
теплопроводностью,
уменьшающейся
с
увеличением температуры. Плотность, как в
твердой, так и в жидкой фазе, падает с
увеличением
температуры.
На
границе
двухфазной зоны скачок плотности должен быть
порядка 3%.
Легированная сталь - Группа Легированных
сталей основана на Шведском и Американском
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
52
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ










стандарте. Теплопроводность обычно ниже, чем
у углеродистых сталей. Теплоемкость для
легированных сталей может быть немонотонной
функцией температуры.
Хромистая сталь - Группа Хромистых сталей
основана на Шведском и Американском
стандарте.
Алюминиевые сплавы - Алюминиевые сплавы
основаны
на
Шведском
и
Европейском
стандарте. При моделировании кокильного литья
очень важно задавать покрытие на форме и
материалах стержней.
Алюминиевые бронзы
Магниевые сплавы
- Магниевые сплавы
основаны на международном стандарте. При
моделировании кокильного литья или литья под
давлением с заполнением снизу очень важно
задавать покрытие на форме и материалах
стержней.
Цинковые сплавы
Латунь
Серый чугун – в сером чугуне при температурах
близких к равновесной эвтектике наблюдается
предусадочное
расширение,
поэтому
зависимости плотности от температуры для
расплава и для твердой фазы должны быть
сформированы таким образом, чтобы плотность
расплава в районе эвтектики была выше
плотности твердой фазы.
Белый чугун - плотность в чугунах этой группы
ведет себя подобно углеродистым сталям. Т.е.
усадка
существует
во
всем
интервале
кристаллизации.
Ковкий чугун – значения плотности для ковкого
чугуна подобны серому чугуну, только величина
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
53
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ

предусадочного расширения меньше, или, в
некоторых случаях, может быть близкой к нулю.
Введен новый класс сплавов Сплавы без
диаграммы. В отличие от других классов
сплавов для сплавов этого класса не строится
базовая фазовая диаграмма состояний. Для
выполнения
моделирования
процесса
кристаллизации
сплавов
этого
класса
необходимо
задать
дополнительные
теплофизические параметры.
При вводе данных по плотности серых и ковких
чугунов
следует
обратить
внимание
на
существование в них предусадочного расширения. Для
этого необходимо чтобы значение плотности жидкой
фазы при температуре близкой к эвтектике было
выше плотности твердой фазы при этой же
температуре.
Вводимые
значения
плотности
задаются в интервалах от 0 до температуры
эвтектики и от температуры ликвидуса до 2000-3000
градусов Цельсия.
Для того чтобы сравнить
значения плотности жидкой и твердой фаз при
температуре
эвтектики
необходимо
кривую
плотности жидкой фазы линейно экстраполировать
до температуры эвтектики.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Металлические сплавы обладают характерными
диаграммами состояния и поэтому классифицируются
как: углеродистые стали, чугуны, алюминиевые сплавы
и так далее. Для каждого класса сплавов введена
базовая фазовая диаграмма и, для каждого сплава,
принадлежащего классу, на основе его химического
состава и базовой диаграммы класса строится
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
54
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
диаграмма состояний сплава (Модифицированная
диаграмма). По созданной фазовой диаграмме
(модифицированной) рассчитываются температуры
ликвидуса и солидуса (TL, TS), параметры фазовых
равновесий, которые определят фазовые переходы при
моделировании
кристаллизации
сплава.
Теплофизические свойства материалов введены при
различных температурах в твердом и жидком
состояниях для более точного описания температурной
зависимости
свойства.
Банк
сплавов
открыт
для
пользователя
и
предоставлена
возможность
наполнять
его
материалами, которые используются в данном проекте.
Г5. ВВОД НОВОГО МАТЕРИАЛА
Для ввода нового материала/сплава нажмите кнопку
Новый на панели инструментов или выберите команду
меню Материал и подкоманду меню Новый.
Для ввода нового материала:

сплава
введите
все
запрошенные
теплофизические данные, химический состав и
название для него. Введенный новый сплав
будет сохранен в текущем классе сплавов;
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
55
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ

материала формы, отметьте тип материала в
списке диалогового окна, введите запрошенные
данные, если таковые имеются, и, наконец,
введите его название.
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
56
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
Для Экзотермического материала необходимо
ввести дополнительно:



Температуру начала возгорания материала;
Теплоту, выделяемую при сгорании материала;
Время, в течение которого материал сгорает.
Теплоносители - это материалы, используемые как
теплоносители для каналов нагрева-охлаждения.
Дополнительно для них должны быть заданы:
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
57
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ



Температурная зависимость вязкости;
Температура
использования
материала
(температурный интервал, в котором не
происходит никаких фазовых превращений):
o для воды: 0 - +100 градусов С;
o для масла: - 100 - +150 градусов С;
o для воздуха: - 200 - +4000 градусов С.
Показатели
степени
для
интерполяции
теплофизических параметров по давлению.
Зависимость
параметров
для
теплоемкости,
теплопроводности, плотности и вязкости строится по
формуле: C(P)=C(Po)(P/Po)**ALFAc, где

P - давление, при котором свойство рассчитано;
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
58
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ


Po - нормальное атмосферное давление (~ 20
градусов С, 105 Па);
ALFAc - задаваемые показатели степени.
Введите
графики
температурных
зависимостей
теплофизических свойств, которые вы имеете для
сплава или материала формы, как ввод температурных
точек.
При вводе теплофизических данных для одного
материала старайтесь использовать один источник
данных.
Г6. КОПИРОВАНИЕ ВЫБРАННОГО МАТЕРИАЛА
Для того копирования материала формы или сплава,
выберите его из списка и нажмите кнопку Копировать
панели инструментов. При этом создается новый
материал или сплав, получающий все теплофизические
свойства исходного материала. На системный запрос
вводите название для нового материала/сплава.
Введенный новый сплав будет сохранен в текущем
классе сплавов.
Если вы хотите ввести новый материал
формы/сплав с теплофизическими свойствами слегка
отличающимися от свойств материала/сплава,
хранящегося в Базе данных, можно скопировать этот
близкий по свойствам материал/сплав и затем
отредактировать его теплофизические свойства и
ввести новое имя.
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
59
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
Г7. УДАЛЕНИЕ ВЫБРАННОГО МАТЕРИАЛА
Для удаления ненужного материала формы или сплава
выделите его из списка и воспользуйтесь кнопкой
Удалить на панели инструментов. Подтвердите ваше
решение об удалении на системный запрос. При
удалении сплава или материала формы все
теплофизические свойства, относящиеся к нему, также
удаляются.
Г8. ИЗМЕНЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ
СПЛАВА
Для изменения теплофизических данных сплава выберите
команду меню Материал и подкоманду меню Изменить.
Г9. ВЫБОР ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОГО СВОЙСТВА
Каждое теплофизическое свойство вводится и хранится
как функция температуры, и представляет собой набор
температурных точек. Нажмите закладку Свойства на
боковой панели инструментов. Будет высвечен список,
имеющихся в Банке данных, теплофизических свойств.
Отметьте теплофизическое свойство для просмотра
и/или редактирования.
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
60
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
График температурной зависимости отмеченного
теплофизического свойства выбранного сплава или
материала формы будет показан в рабочем окне.
Голубая и красная вертикальные линии на графике для
сплавов
показывают
температуры
солидуса
и
ликвидуса
исследуемого
сплава.
Вы
можете
отредактировать этот график путем изменения
значений его температурных точек.
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
61
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
Для
перемещения
по
температурным
точкам
используйте стрелочки в области Температурные
точки на экране сбоку. Текущая температурная точка
показана красным цветом на графике.
Добавить новую температурную точку
Изменить выбранную точку
Удалить выбранную точку
При вводе или редактировании температурной точки
введите в диалоговое окно значение свойства и
температуру, при которой это значение было измерено.
Значение свойства вводится в единицах, показанных в
окне.
ДОБАВЛЕНИЕ НОВОЙ ТОЧКИ
Для ввода нового значения теплофизического свойства
(температурной точки) нажмите кнопку Добавить
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
62
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
панели инструментов, или выберите команду меню
Свойство и подкоманду меню Новая точка.
ИЗМЕНЕНИЕ ВЫБРАННОЙ ТОЧКИ
Для изменения значения температурной точки
установите ее текущей (красный цвет) и нажмите кнопку
Изменить точку на панели инструментов или
выберите команду меню Свойство и подкоманду меню
Изменить точку.
УДАЛЕНИЕ ВЫБРАННОЙ ТОЧКИ
Для
удаления
ненужной
температурной
точки
установите ее текущей (выделенной цветом) на
графике и нажмите кнопку Удалить на панели
инструментов или выберите команду меню Свойство и
подкоманду меню Удалить точку.
Г10. СОСТАВ СПЛАВА
Для просмотра химического состава выбранного сплава
нажмите закладку Состав на боковой панели
инструментов.
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
63
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
Для корректировки химического состава выбранного
сплава воспользуйтесь командой меню Материал и
подкомандой меню Изменить.
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
64
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
Г11. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ СПЛАВА
Для просмотра теплофизических данных выбранного
сплава, содержащихся в БАЗЕ ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
нажмите закладку Свойства на боковой панели
инструментов.
Для корректировки теплофизических данных сплава
смотрите:
 Изменение теплофизических данных сплава
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
65
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
Г12. БАЗОВАЯ И МОДИФИЦИРОВАННАЯ
ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЙ
Для просмотра имеющихся термодинамических данных
по выбранному сплаву нажмите закладку Точка на
боковой панели инструментов.
Будет высвечена Базовая диаграмма состояний
класса сплавов. Вы можете пройти по всем точкам
фазовых равновесий диаграммы, используя стрелочки
на экране сбоку.
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
66
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
Текущая точка отмечена красным цветом на
диаграмме. Температура и концентрация в текущей
точке показаны под стрелками. При движении мыши
вдоль диаграммы точные значения в точках диаграммы
отображаются под рабочим окном.
В таблице можно просмотреть влияние элементов
сплава на положение точек фазовых равновесий в
Базовой диаграмме состояний. Смещение текущей
точки фазового равновесия 1% добавкой легирующего
элемента вдоль температурной оси - в первой колонке;
вдоль оси концентраций - во второй колонке.
Модифицированная
фазовая
диаграмма
рассчитывается для каждого сплава текущего класса с
учетом влияния легирующих элементов из его состава.
Красная вертикальная линия на диаграмме показывает
концентрацию второго главного элемента сплава.
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
67
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
При изменении химического состава сплава
Модифицированная
фазовая
диаграмма
автоматически
пересчитывается,
и
новые
температурные
зоны
используются
при
моделировании.
Г13. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ
Если ваш конкретный материал отсутствует в Базе
данных, вы можете спроектировать свой собственный
материал. Но для получения точного предсказания
вашего
процесса
затвердевания
необходима
тщательная настройка различных параметров. Ниже
приводятся некоторые предупреждения по настройке.

Если вы получаете слишком большую усадку при
моделировании отливок, это означает, что в
Вашей Базе данных либо завышены плотности
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
68
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ


твердой фазы, либо занижены плотности жидкой
фазы.
Если вы получаете слишком маленькую усадку
при моделировании отливок, это означает, что в
Вашей Базе данных либо занижены плотности
твердой фазы, либо завышены плотности
жидкой фазы, либо то и другое.
Если время затвердевания получается слишком
маленьким,
это значит, что значения
теплоемкости, или плотности или теплоты
кристаллизации или всех этих параметров для
моделируемого сплава низки.
Г14. ОПИСАНИЕ КРИВЫХ ПЛОТНОСТИ В
LVMFLOW
Поведение кривой плотности очень важно для
достижения хорошего предсказания по образованию и
размерам внешней и внутренней усадок при
моделировании затвердевания. Кривая плотности
состоит из трех частей:
1. Первая часть - это уменьшение плотности в
жидком состоянии (1) т.е. от температуры
заливки до температуры ликвидуса. Для
большинства сплавов уменьшение объема
между 1 и 1.5 % на 100 град. C. Поэтому низкая
температура
заливки
естественно
снизит
необходимость подпитки металлом. Во время
этого этапа форма начинает разогреваться.
Первоначально
может
произойти
незначительное движение формы (4) во-внутрь.
2. Вторая часть кривой (2) - это изменение
плотности между ликвидусом и солидусом
(конец затвердевания, EOF). Для большинства
сплавов эта часть также связана с уменьшением
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
69
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
в объеме, т.е. увеличением плотности. Для
сплавов, которые могут расширяться во время
затвердевания, может и не быть увеличения
плотности и плотность может даже уменьшиться.
Это случай с серым чугуном, чугуном с
шаровидным и компактным графитом, особенно
если
углеродный
эквивалент
близок
к
эвтектическому составу. Расширение (3) может
теоретически быть до величины порядка 5%
(соответственно
выделению
около
2%
эвтектического графита). В сжимаемой форме,
такой как влажный песок, это вызовет движение
стенок формы (5) и таким образом увеличение
объема полости отливки и компенсирует
расширение. Если чугун заливается в "твердую
форму" т.е. фуран или цементитный песок тогда
не происходит движения стенок формы и
расширение может полностью компенсироваться
усадкой аустенита. Незначительное движение
формы во-внуть дальше усилит его (6).
3. Третья часть кривой - это изменения
плотности в твердом состоянии. Это так
называемый "допуск производителей образцов" для серого чугуна эта величина порядка 1%. Это
может влиять на усадку, поскольку уменьшает
объем частей отливки, которые затвердевают на
ранней стадии.
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
70
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
Кривые плотности в LVMFlow должны представлять
влияние всех этих воздействий. Кривая является
комбинацией сжатия металла, явлений расширения,
движения стенок формы и так далее. Кривая плотности
является, таким образом, суммой всех воздействий на
объем во время затвердевания. Ниже приведены
некоторые примеры для различных сплавов:
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
71
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
Объем усадки - это разница между плотностью при
температуре заливки и плотностью при температуре
солидуса - см. (1), (4), (6), и (8) на диаграммах.
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
72
Г
БАЗА ДАННЫХ МАТЕРИАЛЫ
В области (5) происходит расширение. Такое
расширение происходит в сером чугуне, чугуне с
шаровидным и компактным графитом во время
эвтектического затвердевания. В LVMFlow это может
быть представлено горизонтальной линией. Если
используется "жесткая" форма (т.е. фуран или цемент),
размер полости отливки может слегка уменьшиться.
Это представлено на последней диаграмме. Заметим,
что горизонтальная линия начинается при температуре
примерно на 15 град.С выше, чем температура
ликвидуса. Это означает, что уменьшение полости
компенсирует сжатие металла еще до достижения
температуры ликвидуса. В таких случаях, возможно
производить тяжелые отливки (модуль > 1.5 см) без
добавления
каких
либо
питателей,
поскольку
используется
низкая
температура
заливки.
Альтернативно может быть достаточно небольших
питателей, которые могут поставлять питающий метал
во время сжатия жидкости.
РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ LVMFLOW
73