检测铸件抗拉强度的方法与流程

1.本发明属于铸造工艺技术领域，具体涉及一种检测铸件抗拉强度的方法。


背景技术：

2.材料性能是影响铸件可靠性的重要因素，由于铸件形状不规则，一般采用单铸试棒的方法来检测铸件抗拉强度，单铸试样是按照国家标准进行设计和制作，很难与不同结构的本体建立对应关系，且单铸试样与铸件的浇注时间、浇注状态差异较大。为了提高检测抗拉强度的精准性，采用本体抽样检测的方法来检测，本体抽样检测是在铸件本体上分离出部分样品，成本高且仅能反应铸件局部的性能，难以反映未检测的铸件部分的性能。


技术实现要素：

3.本发明的目的是至少解决现有的检测铸件抗拉强度的方法难以检测铸件各部分性能的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：本发明提出了一种检测铸件抗拉强度的方法，所述检测铸件抗拉强度的方法包括以下步骤：获取实体铸件的实体抗拉强度；根据所述实体铸件及其实体铸型建立模拟铸型；对模拟铸型进行模拟充型；计算模拟铸件的模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度；建立模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度和实体抗拉强度的预测模型；根据模拟铸件不同位置的模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度，计算实体铸件不同位置的实体抗拉强度。
4.根据本发明实施例的检测铸件抗拉强度的方法，首先获取实体铸件的实体抗拉强度，再根据实体铸件及形成实体铸件的实体铸型建立模拟铸型，对模拟充型后得到模拟铸件，根据形成的模拟铸件计算模拟铸件的模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度，建立实体抗拉强度与模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度的预测模型，将模拟铸件的任意位置的模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度分别带入到预测模型中，即可得到实体铸件对应位置的抗拉强度。
5.另外，根据本发明实施例的检测铸件抗拉强度的方法，还可以具有如下的技术特征：在本发明的一些实施例中，所述建立模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度和实体抗拉强度的预测模型步骤，具体还包括以下步骤：获取实体铸件的实测共析冷却速度和实测共晶冷却速度；根据实体铸件的实测共析冷却速度和实测共晶冷却速度建立模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度和实体抗拉强度的实体模型。
6.在本发明的一些实施例中，所述根据实体铸件的实测共析冷却速度和实测共晶冷
却速度建立模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度和实体抗拉强度的实体模型步骤，具体包括以下步骤：建立实体铸件的实测共析冷却速度、实测共晶冷却速度和实体抗拉强度的实体模型：（1）其中，为抗拉强度，为实测铸件的共晶阶段冷却速度，℃/s；为实测铸件的共析阶段冷却速度，℃/s；根据实测共析冷却速度、实测共晶冷却速度、模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度计算冷却速度修正因子：（2）（3）其中，为模拟铸件的共晶阶段冷却速度，℃/s；为模拟铸件的共析阶段冷却速度，℃/s，为共晶冷却速度的修正因子，为共析冷却速度的修正因子；将式（2）和是（3）带入到式（1）中，得到冷却速度修正因子、模拟冷却速度和实体抗拉强度建立模拟冷却速度与实体抗拉强度的预测模型：（4）。
7.在本发明的一些实施例中，所述获取实体铸件的实测共析冷却速度和实测共晶冷却速度步骤前，还包括以下步骤：在实体铸型的多个不同位置布置多个实体热电偶。
8.在本发明的一些实施例中，所述计算模拟铸件的模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度前，还包括以下步骤：在模拟铸型的多个不同位置布置多个虚拟热电偶，多个虚拟热电偶在模拟铸型中的位置与多个实体热电偶在实体铸型中的位置一一对应。
9.在本发明的一些实施例中，所述计算模拟铸件的模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度步骤，具体包括以下步骤：根据模拟铸件的固相率分段获取模拟冷却速度的数据；根据获取的模拟冷却速度的数据计算模拟铸件的模拟共晶冷却速度和模拟共析冷却速度。
10.在本发明的一些实施例中，所述根据模拟铸件的固相率分段获取冷却速度的数据
的步骤，具体包括以下步骤：模拟铸件的固相率处于0%-1%时，间隔0.2%获取一次冷却速度数据；模拟铸件的固相率处于1%-2%时，间隔0.25%获取一次冷却速度数据；模拟铸件的固相率处于2%-3%时，间隔0.5%获取一次冷却速度数据；模拟铸件的固相率大于3%时，间隔1%获取一次冷却速度数据。
11.在本发明的一些实施例中，根据获取的模拟冷却速度的数据计算模拟铸件的模拟共晶冷却速度和模拟共析冷却速度步骤，具体包括以下步骤：根据获取的模拟冷却速度的数据拟合模拟铸件的冷却曲线；根据模拟的铸件的冷却曲线计算模拟铸件的模拟共晶冷却速度和模拟共析冷却速度。
12.在本发明的一些实施例中，所述获取实体铸件的实体抗拉强度步骤前，还包括以下步骤：对待铸铸件进行结构分析，构造实体铸型；对实体铸型浇注，获取实体铸件。
13.在本发明的一些实施例中，所述根据所述实体铸件及其实体铸型建立模拟铸型步骤，具体包括以下步骤：根据实体铸件及实体铸型的结构，建立模拟铸型有限元分析模型；根据实体铸件的材料、浇注温度、截面边界条件，设置模拟铸件的材料、浇注温度和铸件的边界条件。
附图说明
14.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的结构件。在附图中：图1为本发明实施例的检测铸件抗拉强度的方法的流程示意图；图2为本发明实施例的检测铸件抗拉强度的方法的具体步骤流程示意图。
具体实施方式
15.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
16.应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或结构件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、结构件、和/或它们的组合。
17.尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、结构件、区域、层和/或结构段，但是，这些元件、结构件、区域、层和/或结构段不应被这些术语所限制。这些
术语可以仅用来将一个元件、结构件、区域、层或结构段与第二区域、层或结构段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、结构件、区域、层或结构段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、结构件、区域、或结构段。
18.为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于第二元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内结构”、“外结构”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在
……
下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向（旋转90度或者在其它方向）并且文中使用的空间相对关系描述符响应地进行解释。
19.如图1和图2所示，本发明提出了一种检测铸件抗拉强度的方法，所述检测铸件抗拉强度的方法包括以下步骤：s10：获取实体铸件的实体抗拉强度；s20：根据所述实体铸件及其实体铸型建立模拟铸型；s30：对模拟铸型进行模拟充型；s40：计算模拟铸件的模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度；s50：建立模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度和实体抗拉强度的预测模型；s60：根据模拟铸件不同位置的模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度，计算实体铸件不同位置的实体抗拉强度。
20.根据本发明实施例的检测铸件抗拉强度的方法，首先获取实体铸件的实体抗拉强度，再根据实体铸件及形成实体铸件的实体铸型建立模拟铸型，对模拟充型后得到模拟铸件，根据形成的模拟铸件计算模拟铸件的模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度，建立实体抗拉强度与模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度的预测模型，将模拟铸件的任意位置的模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度分别带入到预测模型中，即可得到实体铸件对应位置的抗拉强度。
21.在本发明的一些实施例中，所述建立模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度和实体抗拉强度的预测模型步骤，具体还包括以下步骤：获取实体铸件的实测共析冷却速度和实测共晶冷却速度；根据实体铸件的实测共析冷却速度和实测共晶冷却速度建立模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度和实体抗拉强度的实体模型。
22.根据多个位置的实体铸件的实测共析冷却速度、实测共晶冷却速度分别与实体的抗拉强度进行回归分析可以得到实体铸件的实测共析冷却速度、实测共晶冷却速度与实体的抗拉强度存在相关性，而模拟铸件的模拟冷却速度（模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度）与实体铸件的实测共析冷却速度、实测共晶冷却速度之间存在一定的比例关系，因此，通过实体铸件的实测共析冷却速度、实测共晶冷却速度可以建立模拟铸件的模拟冷却速度与实体铸件的抗拉强度之间的预测模型。
23.具体地，所述根据实体铸件的实测共析冷却速度和实测共晶冷却速度建立模拟共
析冷却速度、模拟共晶冷却速度和实体抗拉强度的实体模型步骤，具体包括以下步骤：建立实体铸件的实测共析冷却速度、实测共晶冷却速度和实体抗拉强度的实体模型。
24.实体铸件的实测共析冷却速度、实体铸件的实测共晶冷却速度与实体的抗拉强度可以根据实际测量得到，具体地，实体铸件的实测共析冷却速度和实测共析冷却速度可以通过在实体铸型的内部布置的热电偶，在铸件冷却的过程中测得。实体铸件的抗拉强度需要将布置热电偶的位置的部分（或者附近的部分）铸件从整体铸件上分离下来，通过抗拉试验测得该部分的实体抗拉强度。
25.根据测得的实体铸件的第一个位置的实测共析冷却速度、实测共晶冷却速度、实体抗拉强度的数据，实体铸件的第二位置的实测共析冷却速度、实测共晶冷却速度、实体抗拉强度的数据，实体铸件的第三位置的实测共析冷却速度、实测共晶冷却速度、实体抗拉强度的数据，实体铸件的第n（n大于等于3）位置的实测共析冷却速度、实测共晶冷却速度、实体抗拉强度的数据，共同进行回归分析，建立实体铸件实测共析冷却速度、实测共晶冷却速度、实体抗拉强度的实体模型。即根据实体铸件的多个位置的实测共析冷却速度、实测共晶冷却速度、实体抗拉强度的数据，进行分析，得到实体铸件的实体抗拉强度和实体铸件的实测共析冷却速度、实体铸件的实测共晶冷却速度之间的关系式（式1）。
26.（1）其中，为抗拉强度，mpa，为实测铸件的共晶阶段冷却速度，℃/s，0.228℃/s≤≤8.905℃/s；为实测铸件的共析阶段冷却速度，℃/s，0.014℃/s≤≤0.274℃/s。
27.根据公式1可以得到实体铸件的实测共晶冷却速度、实测共析冷却速度与实体铸件的抗拉强度之间的关系，而实体铸件的实测共析冷却速度与模拟铸件的模拟共析冷却速度之间的修正因子，实体铸件的实测共晶冷却速度与模拟共晶冷却速度之间的修正因子根据公式（2）（3）计算而得。
28.（2）（3）其中，为模拟铸件的共晶阶段冷却速度，℃/s；为模拟铸件的共析阶段冷却速度，℃/s，为共晶冷却速度的修正因子，为共析冷却速度的修正因子。
29.（5）（6）将式（5）、式（6）分别代入到式（1）中，得到公式（4）。
30.（4）。
31.根据公式（4）可以计算模拟铸件的任一位置的模拟共晶冷却速度、模拟共析冷却速度所对应的实体铸件的抗拉强度，不破坏铸件的前提下，得到实体铸件的抗拉强度。
32.在本发明的一些实施例中，所述获取实体铸件的实测共析冷却速度和实测共晶冷却速度步骤前，还包括以下步骤：在实体铸型的多个不同位置布置多个实体热电偶。
33.为了保证数据的精准性，在实体铸型的多个位置设置实体热电偶，对应地，在热电偶附近的位置测量实体铸件的抗拉强度，通过每一位置的实测共析冷却速度、实测共晶冷却速度、实体抗拉强度的数据进行回归分析，最终建立预测模型。
34.在本发明的一些实施例中，所述计算模拟铸件的模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度前，还包括以下步骤：在模拟铸型的多个不同位置布置多个虚拟热电偶，根据实体铸型的多个位置的实体热电偶，在模拟铸型的对应位置设置多个虚拟热电偶，实体热电偶的数量和虚拟热电偶的数量相等，且多个虚拟热电偶在模拟铸型中的位置与多个实体热电偶在实体铸型中的位置一一对应，以保证数据的精准性。
35.在本发明的一些实施例中，所述计算模拟铸件的模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度步骤，具体包括以下步骤：根据模拟铸件的固相率分段获取模拟冷却速度的数据。
36.为了保证模拟铸件的模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度的精准性，根据模拟铸件的固相率分段获取模拟铸件的冷却速度，以保证拟合得到的冷却曲线更加精准。
37.具体地，在本发明的一些实施例中，所述根据模拟铸件的固相率分段获取冷却速度的数据的步骤，具体包括以下步骤：模拟铸件的固相率处于0%-1%时，间隔固相率的0.2%获取一次模拟铸件冷却速度数据；模拟铸件的固相率处于1%-2%时，间隔固相率的0.25%获取一次模拟铸件冷却速度数据；模拟铸件的固相率处于2%-3%时，间隔固相率的0.5%获取一次模拟铸件冷却速度数据；模拟铸件的固相率大于3%时，间隔固相率的1%获取一次模拟铸件冷却速度数据。
38.具体地，获取模拟铸件冷却速度通过布置在模拟铸件中的虚拟热电偶来测得，或者根据具体坐标直接获取模拟铸件中某一位置点的冷却速度。
39.在本发明的一些实施例中，根据模拟铸件的固相率分段获取模拟冷却速度的数据步骤后，根据获取的模拟冷却速度的数据计算模拟铸件的模拟共晶冷却速度和模拟共析冷却速度。
40.具体地，根据获取的模拟冷却速度的数据拟合模拟铸件的冷却曲线；根据模拟的
铸件的冷却曲线计算模拟铸件的模拟共晶冷却速度和模拟共析冷却速度。
41.通过某一热电偶位置获取的模拟冷却速度的数据，拟合得到该热电偶位置的铸件的冷却曲线，再根据该冷却曲线计算得到该热电偶位置的模拟共晶冷却速度和模拟共析冷却速度。
42.在本发明的一些实施例中，所述获取实体铸件的实体抗拉强度步骤前，还包括以下步骤：对待铸铸件进行结构分析，构造实体铸型；对实体铸型浇注，获取实体铸件。
43.通过分析待铸铸件的结构，构造与之对应的实体铸型，再对实体铸型进行浇注，最终得到实体的铸件，然后测量实体铸件的实体抗拉强度，并在实体铸件的冷却过程中获取实体铸型中热电偶的温度变化。
44.在本发明的一些实施例中，所述根据所述实体铸件及其实体铸型建立模拟铸型步骤，具体包括以下步骤：根据实体铸件及实体铸型的结构，建立模拟铸型有限元分析模型，再对有限元分析模型进行网格划分，然后根据实体铸件的材料、浇注温度、截面边界条件，设置模拟铸件的材料、浇注温度和铸件的截面边界条件，以保证模拟铸型与实体铸件具有相同的铸件材料、浇注温度和边界条件等。
45.以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种检测铸件抗拉强度的方法，其特征在于，所述检测铸件抗拉强度的方法包括以下步骤：获取实体铸件的实体抗拉强度；根据所述实体铸件及其实体铸型建立模拟铸型；对模拟铸型进行模拟充型；计算模拟铸件的模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度；建立模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度和实体抗拉强度的预测模型；根据模拟铸件不同位置的模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度和预测模型，计算实体铸件不同位置的实体抗拉强度。2.根据权利要求1所述的检测铸件抗拉强度的方法，其特征在于，所述建立模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度和实体抗拉强度的预测模型步骤，具体包括以下步骤：获取实体铸件的实测共析冷却速度和实测共晶冷却速度；根据实体铸件的实测共析冷却速度和实测共晶冷却速度建立模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度和实体抗拉强度的实体模型。3.根据权利要求2所述的检测铸件抗拉强度的方法，其特征在于，所述根据实体铸件的实测共析冷却速度和实测共晶冷却速度建立模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度和实体抗拉强度的实体模型步骤，具体包括以下步骤：建立实体铸件的实测共析冷却速度、实测共晶冷却速度和实体抗拉强度的实体模型：（1）其中，为抗拉强度，为实测铸件的共晶阶段冷却速度，℃/s；为实测铸件的共析阶段冷却速度，℃/s；根据实测共析冷却速度、实测共晶冷却速度、模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度计算冷却速度修正因子：（2）（3）其中，为模拟铸件的共晶阶段冷却速度，℃/s；为模拟铸件的共析阶段冷却速度，℃/s，为共晶冷却速度的修正因子，为共析冷却速度的修正因子；将式（2）和是（3）带入到式（1）中，得到冷却速度修正因子、模拟冷却速度和实体抗拉强度建立模拟冷却速度与实体抗拉强度的预测模型：
（4）。4.根据权利要求2所述的检测铸件抗拉强度的方法，其特征在于，所述获取实体铸件的实测共析冷却速度和实测共晶冷却速度步骤前，还包括以下步骤：在实体铸型的多个不同位置布置多个实体热电偶。5.根据权利要求4所述的检测铸件抗拉强度的方法，其特征在于，所述计算模拟铸件的模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度前，还包括以下步骤：在模拟铸型的多个不同位置布置多个虚拟热电偶，多个虚拟热电偶在模拟铸型中的位置与多个实体热电偶在实体铸型中的位置一一对应。6.根据权利要求1所述的检测铸件抗拉强度的方法，其特征在于，所述计算模拟铸件的模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度步骤，具体包括以下步骤：根据模拟铸件的固相率分段获取模拟冷却速度的数据；根据获取的模拟冷却速度的数据计算模拟铸件的模拟共晶冷却速度和模拟共析冷却速度。7.根据权利要求6所述的检测铸件抗拉强度的方法，其特征在于，所述根据模拟铸件的固相率分段获取冷却速度的数据的步骤，具体包括以下步骤：模拟铸件的固相率处于0%-1%时，间隔0.2%获取一次冷却速度数据；模拟铸件的固相率处于1%-2%时，间隔0.25%获取一次冷却速度数据；模拟铸件的固相率处于2%-3%时，间隔0.5%获取一次冷却速度数据；模拟铸件的固相率大于3%时，间隔1%获取一次冷却速度数据。8.根据权利要求6所述的检测铸件抗拉强度的方法，其特征在于，根据获取的模拟冷却速度的数据计算模拟铸件的模拟共晶冷却速度和模拟共析冷却速度步骤，具体包括以下步骤：根据获取的模拟冷却速度的数据拟合模拟铸件的冷却曲线；根据模拟铸件的冷却曲线计算模拟铸件的模拟共晶冷却速度和模拟共析冷却速度。9.根据权利要求1所述的检测铸件抗拉强度的方法，其特征在于，所述获取实体铸件的实体抗拉强度步骤前，还包括以下步骤：对待铸铸件进行结构分析，构造实体铸型；对实体铸型进行浇注，获取实体铸件。10.根据权利要求1所述的检测铸件抗拉强度的方法，其特征在于，所述根据所述实体铸件及其实体铸型建立模拟铸型步骤，具体包括以下步骤：根据实体铸件及实体铸型的结构，建立模拟铸型有限元分析模型；根据实体铸件的材料、浇注温度、截面边界条件，设置模拟铸件的材料、浇注温度和铸件的边界条件。

技术总结
本发明属于铸造工艺技术领域，具体涉及一种检测铸件抗拉强度的方法，该方法包括以下步骤：获取实体铸件的实体抗拉强度；根据所述实体铸件及其实体铸型建立模拟铸型；对模拟铸型进行模拟充型；计算模拟铸件的模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度；建立模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度和实体抗拉强度的预测模型；根据模拟铸件不同位置的模拟冷却速度，计算实体铸件不同位置的实体抗拉强度。本发明方法，首先获取实体铸件的实体抗拉强度，再根据模拟铸件计算模拟铸件的模拟共析冷却速度和模拟共晶冷却速度，建立实体抗拉强度与模拟共析冷却速度、模拟共晶冷却速度的预测模型，通过该预测模型可得到实体铸件对应位置的抗拉强度。强度。强度。


技术研发人员：姜爱龙 李继超 孙玉成
受保护的技术使用者：潍柴动力股份有限公司
技术研发日：2022.04.21
技术公布日：2022/5/25