铸件热裂纹研究进展

武永红，李永堂，付建华，贾 璐

（太原科技大学，山西太原 030024）

铸件热裂纹研究进展

武永红，李永堂，付建华，贾 璐

（太原科技大学，山西太原 030024）

热裂纹是铸件在凝固接近结束时形成的一种常见铸造缺陷。热裂纹的出现严重地影响了铸件质量，降低了生产效率、造成了工业损失、甚至带来安全隐患。本文在分析铸件热裂纹形成机理基础上，对制定的各种热裂纹判据做了对比分析总结，阐述了铸造合金化学成分、铸造工艺参数、几何参数等因素对热裂形成的影响；详细分析了当前热裂数值模拟的实现方法，影响数值模拟精度的各种因素，如：模型简化、网格划分、力学本构模型的建立、数值计算方法及边界条件处理；论述了热裂试验研究的主要内容和实验方法。指出了今后热裂纹研究的重点与发展方向。

铸件；热裂纹；本构模型；影响因素；数值模拟；实验研究

0　前言

热裂是铸件在凝固过程中出现的危害严重的一种铸造缺陷。在铸造生产过程中，一旦出现热裂，需通过补焊或后续机加工来消除，严重者可使产品报废。对难于观察的内部微裂纹，如果用于工业生产，可能将产生无法预计的严重后果，给工业生产造成具大损失。因此，进行热裂纹形成机理研究、分析铸造工艺参数对热裂纹形成的影响，建立综合全面的热裂纹预测判据，对铸件凝固过程热裂纹进行定性定量数值模拟、预测和控制是优化铸造工艺参数，改善铸造组织、提高铸件质量及其力学性能的有效途径。多年来许多学者提出了各种热裂纹判据，但由于铸造凝固过程是一个受铸件化学成分、几何形状、铸造工艺参数等多种因素影响的复杂系统，高温下，一些影响铸造合金热裂的关键性力学参数不易确定，此外，对热裂机理的研究也不够完善。迄今为止还没有一种通用的热裂判据可定性定量地预测不同铸造工艺下铸造合金热裂的产生与发展。现代社会对铸件的质量要求越来越高，为了有效地避免实际铸造生产中热裂纹缺陷，有必要对热裂形成机理、影响热裂的因素、建立的各种热裂纹判据及热裂实验研究进行分析和讨论。

1　热裂机理分析

热裂在铸件凝固糊状区接近凝固结束时形成，而金属液凝固是晶粒形核、生长、相互接近接触、桥接最后形成固体骨架的过程。在液相到固相的转变过程中，依据凝固特性定义了几个特定固相体积分数[1-2]：，开始形成连贯性固体的体积分数；，产生非零热应变的体积分数，晶粒结合形成固体骨架的体积分数。由此将凝固期间固液两相区分为四个区间：0≤f＜fcoh，凝固体积分数较小，形成ss的凝固晶粒可在金属液中自由移动；，晶粒互相粘着形成连贯性固体枝晶网络，连续液膜形成，材料表现出一定强度，应力应变可通过枝晶传递。凝固收缩产生的变形可通过枝晶间液体补缩和晶粒的重新排列而补偿。，对应凝固的热脆性区域，该区域晶粒开始桥接，液膜逐渐消失，液体不再连续，液体的补缩不再可能，产生了非零热应变，但对应变的抵抗力仍然很低，凝固收缩和内部应变引起的凝固体的变形不能充分通过液体的补缩和晶体的移动而消除，应力急剧上升，热裂敏感性最大，容易产生疏松、缩孔、热裂等凝固缺陷；晶粒结合形成完整固体骨架，变形主要发生在粘塑性连续体内，凝固体获得了足够塑性与强度，可阻止热裂纹等缺陷进一步形成及扩展。

通常将凝固的第二阶段到第四阶段称为凝固糊状区。从20世纪50年代起，人们对热裂形成机理进行了不断深入的理论研究、试验和生产验证，发现热裂发生在糊状区，材料糊状区热力学性能对热裂形成起着关键作用。多数学者[1-10]认为，凝固收缩导致的枝晶间熔体流动、铸件凝固收缩产生的拉应力及不均匀冷却收缩促进的热变形是产生热裂的主要机理。由此形成的热裂理论目前主要有：基于非力学的液流凝固补缩理论，基于力学的应力、应变、应变速率理论和综合理论。

液流补缩理论认为，热裂的形成需两个条件：①液流补缩不足；②热梯度和凝固收缩受阻产生了拉应力。当铸造合金凝固的固相体积分数达到时，随着凝固的进行，枝晶间液模逐渐变薄，桥接的枝晶最终阻断了液流补缩通道，在糊状区深处形成了孤立液相区，液流不能补偿热收缩和变形，而此时枝晶的强度、塑性均较低，枝晶臂很容易被垂直于枝晶方向的拉应力拉裂，因而形成了热裂纹。因此存在拉应力是热裂纹形成的必要条件。

应力、应变理论则认为热裂纹发生在应力应变集中的地方，由铸件在凝固后期接近固相线温度时凝固收缩受阻及热收缩产生的应力和变形达到或超过对应温度下材料的强度极限或塑性极限所致，在热脆性区内合金对应力应变的抵抗力低是产生热裂纹的重要原因，铸件凝固过程中形成的应力-应变则是热裂纹产生的必要条件。热应变是热促使变形的驱动力。晶界以低应变速率滑移是糊状区晶体变形的主要方式。应变速率可用来描述糊状区合金的蠕变行为。基于应变速率的热裂理论认为热裂的关键因素主要是应变速率，当应变速率超过临界应变速率时热裂纹开始形成。

基于液流补缩的热裂理论只考虑了合金流动的连续性及枝晶臂承受拉力的薄弱性，而没有考虑凝固后阶段发展的应力、应变等力学参数对热裂的影响；而基于力学的热裂理论仅考虑了凝固后阶段产生热裂的原因，忽略了凝固前阶段液体的流动及液流补缩对微裂纹的弥合作用。因此分析问题都不够全面，具有一定局限性，近年来发展的综合理论是一种很好的方法。如：RGD热裂理论，基于孔隙形成的热裂理论。RGD热裂理论考虑了凝固收缩和液流流动导致的变形，认为凝固收缩和变形使得枝晶间液体产生了压力降，且液体压力由枝晶尖端处的合金液静压力值开始向枝晶根部逐渐减小。当枝晶间液体压力小于临界压力值时将产生热裂。而基于孔隙形成的热裂理论则从微观层面解释了热裂的形成。认为凝固过程中若补缩不足首先会形成疏松缩孔，当孔隙的尺寸或体积分数超过热裂临界值时会形成热裂。

2　热裂的数值模拟研究

对铸件进行热裂趋势精确模拟是实现准确预测控制热裂纹的关键。精确模拟除依赖铸造合金热物性参数及建立的热裂判据外，温度场、应力场的计算方法，边界条件处理方法，网格划分、时间步选取等也是影响模拟结果准确性的重要因素。凝固材料高温力学性能模拟及热裂标准实现模拟是热裂模拟研究的重要内容。经过多年的探索研究，目前已经涌现出了许多如PROCAST、MAGMA、ANYCASTING等模拟温度场、应力场的大型通用有限元软件，应用这些模拟软件，可对铸造合金充型凝固过程的流场、温度场、应力场、微观组织、力学性能等进行数值模拟，有效预测铸件铸造过程出现的疏松、缩孔、热裂、冷裂等铸造缺陷，为优化铸造工艺参数、控制铸造缺陷、提高铸件质量、节省产品设计试制周期、提高综合经济效益提供了有力保障。

2.1热裂判据模型

依据不同热裂理论，热裂判据标准的制定主要采用了基于非力学标准方法、力学标准方法及两者结合这三种方法。非力学标准方法强调了凝固的第二、第三阶段对热裂所起的作用，重点放在糊状区的补缩特性上。力学标准方法强调凝固的第三、第四阶段发展的应力应变对热裂的重要作用。

在国外，基于非力学的热裂标准模型，代表人主要有FEURER、CLYNE、DAVIES、KATGEMAN；基于力学的热裂模型，代表人主要有PROKHOROV、NOVIKOV和MAGNIN；综合模型的代表人主要是RAPPAR-DREZET-GREMAUD、HAMDI、SUYITNO。

FEURE[3]提出的热裂标准注重了凝固阶段转变点在热裂中的作用，认为如果合金液补缩速度小于凝固收缩速度，则发生热裂。在Feurer热裂标准基础上，CLYNE和DAVIE[4]认为，热裂是凝固后期热脆性区因抵抗应力应变能力低使得枝晶臂容易被拉裂所致。他将铸件热节处变形分为三个阶段：应力松弛阶段、易裂阶段和不产生裂纹阶段。采用易裂阶段与应力松弛阶段时间之比定义热裂敏感系数，该值越大，合金液对热裂的敏感性越大。该热裂判据比较简单，将凝固各阶段转变的体积分数看做常数，且只考虑了铸件凝固时与冷却速度有关的凝固温度、时间及固相体积分数，忽略了其它因素的影响，应用范围狭窄。文献[5]对KATGEMA、PROKHOROV、NOVIKOV和MAGNIN的热裂模型做了概述。现简要叙述如下：KATGEMA热裂模型是在FEURER、CLYNE和DAVIES的热裂判据基础上提出了修正的HCS。该指示器考虑了凝固过程的动态变化，相比CLYNE和DAVIES的公式有较大的进步，但将形成的体积分数都认为是0.99显然是不准确的。

PROKHORV考虑了糊状区与断裂应变速率有关的收缩应变速率和表观应变速率。认为脆性区域内，如果自由收缩应变速率与表观应变速率的和大于断裂应变速率最小值，则会产生热裂。该标准可用于对热裂进行定性和定量预测。NOVIKOV考虑了糊状区与断裂应变有关的收缩应变、热应变，忽略了表观应变，提出了合金凝固期间的塑性储备。NOVIKOV将≤f≤1定义为热脆性区域，s以整个脆性区间内单位温度所存储的累积应变的逆来定义合金凝固过程的热裂敏感性，该标准注重了塑性对热裂的作用。

MAGNIN依据凝固后期的断裂应变建立了热裂判据。该判据考虑了粘塑性对变形的影响，可以定性和定量的预测热裂的产生。

RAPPAR-DREZET-GREMAUD[6]提出了RDG判据，依据合金液的压力降判断热裂的发生，如果合金液压力降小于产生热裂的临界压力降，则产生热裂，反之，不会形成热裂。定义热裂纹敏感性HCS为1/，其中为糊状区所能承受最大应变速率，HCS越高，合金对热裂的敏感性越高。该标准突出了粘塑性应变率对热裂的重要作用，但只能用于稳态条件下预测连续铸造时枝晶间熔体出现的初始裂纹，而不能预测热裂纹的扩展。HAMDI[7]考虑了凝固后期液流补缩的不足和局部的粘塑性变形 ，认为糊状区材料是具有饱和液体的可压缩多孔介质，基于两相平均体积模型建立了热裂判据，采用有效热裂应变来衡量热裂敏感性。该模型可对铸造合金进行热裂纹定性预测，但该模型假设糊状区材料具有各向同性材料属性，且没有考虑缩孔对热裂趋势的影响。SUYITNO[8]考虑了凝固收缩、应变率及补缩不足等因素，将凝固过程中孔的形成和发展与热裂标准联系起来，利用瞬态质量守恒方程建立了基于孔隙形成的热裂判据，认为液流补缩率小于凝固收缩速率和变形速率之和时将导致孔隙的形成，当发展的孔隙尺寸大于产生裂纹的临界孔隙长度时，则出现热裂。该判据将微观缩孔引入热裂判据，为热裂研究提供了新的研究方向。

国内，徐 东[9]在铸件凝固温度场数值模拟基础上，考虑了铸件凝固速度、补缩能力、受阻部位的收缩，铸型柔度与热膨胀，建立了综合的热裂判据。

该判据着重考虑了铸造材质、工艺参数等方面对热裂的影响，实现起来容易，但该判据没有直接反映诱发热裂的本质力学参数，只能对热裂进行简单的定性预测，而不能进行定量分析。而康进武[10]则注重了对热裂形成原因探究，提出热裂发生需要两个条件：①铸件中的热节处于屈服状态 ；②热节凝固时间较长，使得粘塑性应变充分发展超过临界值。该理论采用Von Mises屈服准则来判断屈服，认为材料屈服前仅存在弹性与粘弹性变形，屈服后粘塑性变形起作用。如果等效应力与屈服应力σs的比值/σs＞1，则材料处于屈服状态。材料屈服后，如果发展的粘塑性应变超过临界值，则会产生热裂。该标准可定性定量地预测热裂的发生。

铸造凝固过程十分复杂，热裂机理不是十分明确，大多数热裂判据的制定倾向于定性分析，而定量预测则由于数据缺乏，影响因素众多使得实现起来很困难，也很难应用于工业实践。SUYITNO[5,11]针对众多学者提出的热裂敏感性判据模型，模拟了不同铸造工艺条件对热裂的影响，与实验结果做了对比。结果显示，没有一种热裂模拟结果可与实验结果完全一致，热裂模型还有待进一步完善。

2.2影响热裂的因素分析

铸造合金化学成分、铸造工艺参数、几何参数是影响热裂纹形成的重要因素。

合金的化学成分主要影响凝固区间，凝固区间大的合金比凝固区间小的合金热裂倾向性大。SUYITNO[11]分析了某二元CU-AL合金铜含量对热裂的影响，同时指出：共晶结构组成物的含量是衡量合金脆弱性的一种重要结构指标。MONROE[1]的研究表明降低含碳量，减小硫、磷等有害元素含量可有效减小热裂。文献[12-13] 研究指出，细化和均匀化晶粒可降低合金热裂脆性，提高铸造合金抵抗热裂的能力。

铸造工艺参数主要有浇注温度、浇注速度、铸型预热温度等。铸件凝固时，因各点冷却速度不同，使得铸件中温度分布不同，产生了热梯度。存在热梯度是铸件产生应力、应变的主要原因。高温下，合金表现为粘塑性行为，粘塑性应变是热裂产生的重要因素，粘塑性应变随浇注温度与铸型温度的增加呈非线性增加[10]。任何浇注温度下，铸锭中心裂纹的敏感型都高于边部热裂敏感性。较低的浇注温度，会减小热裂倾向或消除热裂；反之，较高的浇注温度会使热裂加剧[14]。浇铸速度是影响热裂最重要的铸造参数，浇注温度对热裂的影响要比浇注速度对热裂的影响小的多，增加浇铸速度会使糊状区厚度增加，铸造合金热梯度增大，铸件凝固速度加快，应力应变增大，热裂趋势增大[11]。由此可看出，热裂受浇注速度的影响最大，浇注温度次之，受铸型预热温度影响最小。

铸件的几何形状和尺寸会影响热量的传递，对热裂形成具有重要影响。热裂往往发生在热节处，对不规则几何形状复杂铸件，在截面面积相差较大部位会形成热节，是热裂纹容易萌生的部位。李庆泉[15]通过对薄壁复杂铸钢件热裂纹宏微观形貌分析，发现热裂纹常见部位为铸件壁厚差过渡部位及圆角部位。

铸造合金的凝固过程是一个受多种因素综合作用的过程，各因素相互关联，交互作用，单纯考虑某一因素的影响可能得不到正确的结果。

2.3热裂模拟的实现

铸件凝固过程热裂纹模拟预测可借助具有力学模型或热裂判据模型的大型通用有限元软件或基于模拟软件基础上辅以自主开发程序来实现。实现的途径一般采用两种方法。一是应用具有力学模型的模拟软件对铸造合金凝固期间的热力学行为进行模拟，然后运用计算的应力、应变判断热裂趋势。该方法关键是描述凝固材料应力、应变等热力学行为本构方程的建立，难点是需要有精确的凝固物理公式和热物理参数和流变参数，而这些参数的获得并不容易；二是利用已制定的热裂预测判据模型通过模拟仿真结果判断热裂趋势，该方法考虑了材料属性、工艺参数和凝固参数等因素对热裂的影响，容易应用在实践中，但有时因缺乏物理背景，难于适用于各种变化的情况[11]。

热裂的数值模拟实现中，提高模拟精度，使其结果尽可能符合生产实践是数值模拟的主要目标。在铸造合金的热裂模拟过程中，影响模拟精度的因素主要有以下几方面：

1) 材料热物性参数的准确性所带来的误差

材料热物性参数的准确性是保证模拟结果准确性的关键。材料的物性参数一般可通过软件自带的材料数据库或查阅资料和试验等途径获得。但由于受试验条件限制，有些材料的物性参数不够完善，不够全面，这对仿真结果的准确性造成了一定误差。

2) 网格划分所带来的误差

为提高运算速度，节省内存消耗，大多采用在重要部位细化网格，次要部位粗化网格来进行分网。但对采用多大网格尺寸可满足精度要求却没有定论，往往凭借经验或采用试算来确定。MONROE[1]指出细化网格会影响热裂趋势预测，但改变时间步长却对热裂预测没有影响。朱 慧[16]研究指出，温度载荷时间步长主要影响计算收敛性,对计算精度影响较小。

3) 力学本构模型及数值计算方法不同所带来的误差

过去，热裂为脆性断裂这一观点被人们普遍接受，热裂模型一般采用弹塑性力学模型。随着对热裂研究的不断深入，张家全[17]通过静态拉伸试验得出:热裂纹是一种表观脆性而本质塑性的断裂。MATHIER V[18]也主张：断裂力学可能不再是解释热裂的最好方法，更好的方法是基于损坏形成和累积的方法。

近年来，人们从糊状区合金的流变性能、连贯性固相骨架形成过程等方面考虑建立了糊状区力学本构模型，主要有基于流变学理论的五元件流变模型[10]和基于小变形理论的两相平均体积守恒模型[7,18-19]。这些力学本构模型使得计算结果更加接近实际，然而由于模型中一些参数往往需通过实验来确定，而高温下对处于糊状区合金的流变力学性能的测定很困难，目前人们仅对为数不多的几种材料进行了实验，如Al-Si合金、Al-Cu合金等，更多的材料由于缺乏实验数据，因而在模拟中有作者将固态数据简单地外推到相应糊状区直至连贯性温度点，也有索性采用简化的力学模型，这些都将导致模拟精度的降低。

在温度场与应力场的计算上，为充分发挥不同算法优势，温度场的计算常采用有限差分法（FDM）或有限体积法（FVM）；而应力场则常采用有限元法（FEM）计算。因此近年来发展了FDM/ FEM集成算法[20-21]。但计算结果经不同算法转化后，会因模型节点的不匹配带来误差，因而目前正向采用统一算法方向发展。廖敦明[22]基于微机和 Windows平台，开发了FDM/FDM铸件热应力场数值模拟系统。但在采用FDM分析应力场时，为使模拟结果准确，要求网格划分必须足够细小，这样极大地增加了内存消耗。采用统一算法，可方便实现温度场与应力场的耦合，提高模拟精度。

4) 边界条件处理所带来的误差

界面传热系数是铸件凝固模拟时的主要边界条件，其正确设置对提高模拟精度、减小模拟误差具有重要意义。因为凝固过程中的热传递很多都体现在界面热传递系数上。将界面传热系数设为常数这种方法，因其简单仍然是目前普遍应用的一种方法。事实上，由于铸件的凝固收缩，铸件/铸型间接触会经历由理想接触直至分离形成宏观气隙的变化过程，此外界面传热系数也会受温度影响而变化。精确设置的方法是利用实验测定的数据进行反算，但事实证明将实验结果标准化成通用公式表达是困难的，因而不具有通用性，应用也受到了限制。文献[23]对影响界面传热系数的因素及目前模拟界面传热系数的五种方法做了回顾。励萍竹[24]采用非线性估算法和最小二乘法建立界面换热系数随时间变化的规律并分析了铸型厚度对界面换热系数的影响。宋广胜[25]提出了一种处理铸件/铸型界面热阻的虚拟界面单元法。徐艳[20]根据凝固过程中铸件/铸型的接触状态，计算了铸件/铸型的界面热阻。但在计算界面热阻时，该计算仅考虑了由表面粗糙度、涂料层性质决定的初始界面热阻和空气导热热阻，忽略气隙部分的对流换热和辐射换热。FACKELDEY[26]综合考虑铸件/铸型气隙层空气导热和辐射引起的换热系数，提出了铸件/铸型界面综合换热系数。

3　热裂试验研究

热裂试验研究目前主要有两方面：一是对糊状区材料的力学行为进行测试，获得固液两相区材料一定条件下失效的强度、屈服强度、延伸率等力学参数，为研究热裂原理与制定热裂纹判据模型提供数据。二是通过一定的试验装置，再现铸件的热裂现象，测试糊状区合金在一定试验条件下的延伸率、凝固受阻部位的拉伸强度等，结合热裂断口形貌分析，研究合金凝固时糊状区力学行为，并将实验数据与模拟结果相比较，验证糊状区力学模型、热裂判据模型的有效性。

由此看出，热裂模拟与热裂试验相辅相成，密不可分。热裂模拟的基础是糊状区热力学本构模型及热裂判据模型的正确建立，而精确模拟的关键则主要依于糊状区热力学参数的测定。测试合金力学性能的必要条件是合金能保持一定形状并能传递应力[27]。糊状区材料因晶粒间存在液膜，因而强度与塑性低，试样的定心性差，控制拉伸轴的取向困难，容易产生载荷的偏移，使测量精度降低。此外控制应变速率、记录载荷并实时监测实验条件下热裂处产生的真应力、应变等力学参数也是一个难点，因此对糊状区材料力学性能的测试比较困难，一般不能直接用常规的拉伸试验机检测糊状区合金的力学性能。Gleeble 1500和3500热力模拟器由于拥有快速融化试样，结合现代技术控制温度、应变速率，获得材料应力-应变等优点，近年来常被用来研究重熔半凝固状态合金的力学性能。两端约束、中间集中变形的热裂一维受阻模型，因其模型简单，容易实现，又能集中反映热裂的本质，因此常用来作为合金热裂敏感性特点的典型实验。

在热裂试验中，糊状区材料可通过将待测试样加热重熔或液态合金冷却凝固两种方法使温度达到糊状区温度范围而获得。通常采用拉伸、剪切、压缩等试验方法测试糊状区材料在等温条件下的力学行为。

ESKIN DG[28]重点对以往采用的拉伸、剪切试验方法做了阐述。而MATHIER[29]设计了一种简单拉伸实验装置，并将试验得到的应力-应变曲线与模拟仿真结果作了比较，验证了热裂仿真模型的有效性。同时研究了不同固相分数下材料断裂特点及机理。

文献[30]对铜-铝合金材质进行了纯剪切实验、排液压缩实验和拉伸实验（实验方法不再赘述），由得到的实验结果确定了两相平均体积守恒力学本构模型参数，接着采用ABAQUS软件对该力学模型进行数值模拟，模拟结果较好地符合实验结果。

多数再现热裂现象的实验方法是采用一定的实验装置限制铸件凝固收缩使铸件产生热裂纹缺陷，同时通过力传感器、PC系统和数据转换器、热电偶等实验装置实时监测收缩载荷、凝固时温度及应力-应变变化，室温下目测检查铸件热裂纹敏感性，并定量化铸件表面裂纹开裂的数量和严重性。Nasresfahani[13]设计了一种定量评价T形铸造合金热裂趋势的新设备。设计理念是去掉铸棒两端的铸型约束，在T形模腔两边插入两个螺栓取代铸型来提供凝固收缩所必要的约束。铸造合金凝固收缩产生的收缩力通过两端的螺栓传递给与之相连的力传感器，经数据传输与转换，可得到实时载荷曲线。该装置同时考虑了螺栓受热膨胀对铸件凝固收缩的影响，可通过两相区应变率的定量分析比较不同铸造合金的热裂趋势，不需要可见裂纹也可估算铸造合金的热裂敏感性。该装置应用简单，不需要专门经验。

热裂的定量研究，因受试验条件限制，试验对象往往简单，考虑因素也不够全面，不能真实反映现实复杂铸造工艺条件，其应用范围狭窄，具有一定的局限性。

4　结论

(1) 加强热裂的理论研究，主要是明确热裂形成机理及裂纹扩展模式。目前建立的热裂判据模型大多只能对铸造合金进行热裂敏感性预测，而无法进行定量分析，更无法预测热裂纹的大小及扩展路径。有很多热裂本构模型并非对所有铸造条件都起作用，预测结果与工程实践具有一定差距，建立综合全面的、模拟结果符合工程实践的热裂判据模型是未来发展趋势。

（2）热裂形成与合金凝固过程自身特点、晶界状态、力学行为等密切相关。高温下，热诱发的变形主要通过晶界滑移、扩散蠕变来完成。晶界滑移对改善晶粒组织，焊合铸造合金疏松、空隙和裂纹等缺陷具有重要作用。而晶粒结构大小又会影响铸造合金的塑性、强度等力学性能。因此目前热裂研究正逐步由宏观研究转向微观领域研究。未来，先进的热裂标准将基于从晶粒模型中获取微观尺度来建立。

（3）所建立的糊状区力学本构模型考虑因素更加全面，更加符合实际，但公式相对繁琐复杂，计算量增大，且很大程度依赖于流变参数的确定。因而实验研究确定糊状区合金的流变参数成为模拟实现的关键。以后应重点加强合金材料高温力学性能试验研究。

（4）数值模拟软件的功能更加强大，可以处理复杂的边界条件，还可通过对软件进行二次开发，输入软件自身没有的力学本构模型或热裂判据模型，使热裂精确模拟成为可能。

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Research progress on hot crack of casting

WU YongHong,LI YongTang,FU JianHua,JIA Lu
(Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024,Shanxi,China)

Hot crack is formed as a common casting defect at the solidification close to end. Hot crack has seriously affected the quality of castings, reduced the production efficiency, caused the industrial loss and even bring security risks. With the development of modern technology, it is put forward higher requirements on the quality of casting. In order to effectively avoid the defect of casting hot tearing, and Improve the quality of castings, Based on the analysis of casting hot crack formation mechanism, a comparative analysis is summarized for the hot crack criterion model formulation, the effects of casting alloy chemical composition, casting process parameters, geometric parameters on the formation of hot cracking are expounded; The numerical simulation method of hot crack is described in detail, and the various affecting factors of the accuracy of hot crack numerical simulation are analyzed, such as: model simplifed, mesh divided, the constitutive model of mechanics established, the numerical calculation method and treatment of boundary conditions; The main content and experimental method on hot cracking are discussed. It is pointed out that the emphases and the development direction of the future research of hot crack.

Casting；Hot crack；Constitutive model；Infuencing factors；Numerical simulation；Experimental study

TG250.6；

A；

1006-9658（2015）06-0007-07

10.3969/j.issn.1006-9658.2015.06.003

国家自然科学基金重点（51135007）、高等学校博士点优先发展（20111415130001）、 国家自然科学基金（51405325）资助项目

2015-05-22

稿件编号:1505-947

武永红（1973—），女，博士研究生，主要研究方向为材料加工、设备及结构动力学分析.