局所繊維強化鋳造法における湯流れのコンピュータシミュレーション

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1.緒言:薄肉鋳物の金型鋳造や、繊維強化複合金属を鋳造法により製造する場合、金型、プリフォームの予熱温度、鋳込み温度ならびに注湯速度の不適切で溶湯がプリフォームまたは金型を完全充満する前に凝固してしまうことがある。そこで本研究では上記の湯流れ・凝固現象をシミュレートできるコンピュータシミュレーションプログラムを開発することを試みた。計算モデルの妥当性を検証するため、低圧鋳造法を用いてSn-15%Bi低融点合金のプリフォーム、金型への充てんおよび充てん中の凝固過程を観測し、その結果と計算結果を比較検討した。2.本研究で開発したシミュレーションモデルの特徴:(1)プリフォームの性質、鋳造条件によって充てんがかなり進んだ段階でも溶湯温度とプリフォームの温度は必ずしも一致しないことを想定し、プリフォームが配置されている分割要素(また複合要素と呼ぶ)に対して溶湯温度、プリフォーム温度を別々に定義し、それぞれの熱エネルギー保存則から温度計算のための直接差分式を導出した。(2)固液共存域内の液相流れをダルシー流れとし、また外部からの加圧力が内部のダルシー抵抗、自由表面張力を克服できなくなる時点を充てんの停止時刻とする。そうすることによって従来の固液共存域内の液相の流れ易さを見かけ粘度でシミュレートする方法より、計算精度が向上することが期待できる。3.計算モデル妥当性の検証金型およびプリフォームへのSn-15%Bi低融点合金の充てん挙動、充てん中の凝固および凝固の進行による充てんの停止など、実験結果とかなり一致した計算結果が得られた。