臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要目的是針對A356鋁合金傾斜式重力鑄造之方案設計與背壓造成之充填不良問題，利用鑄造電腦模擬解析軟體-ProCAST進行模擬分析與探討；此外，亦探討A356鋁合金在熔煉處理前到鑄件施以熱處理後的金相組織與硬度之變化。
模擬與實驗結果顯示，減壓式澆流系統設計1：1.7：3.52相較於1：1.7：1.13之設計，湯液流速下降約18%，使得鋁液更能平緩的充填模穴。而考慮背壓參數進行計算的模擬結果與實際金屬外形結果相當吻合，增加排氣道大小亦有助於改善充填不良之缺陷，且經由模擬計算，本研究鑄造方案之背壓修正值為0.067atm。
由各製程之鑄件金相顯微組織結果得知，鋁錠中若含有0.025%的Sr與0.015%Ti，即可達成部分改良與細化之功用；若再經過改良處理與細化處理後，共晶矽與晶粒之細化結果更有所提升；而硬度值則在施以T4、T6熱處理後，有更顯著的提升。
綜合言之，使用CAE模擬分析與傳統的試誤法相比共節省63%的時間與40%的成本，可以幫助傳統鑄造產業提升競爭力。

The objective of this research is to evaluate the effectiveness of gating design and misrun problem caused by back pressure of the A356 aluminum alloy tilt gravity casting vent using the foundry CAE software, ProCAST. The metallographic microstructure and hardness variation of A356 aluminum alloy casting through melt treatment to heat treatment are also evaluated.
The simulation result shown that unpressurized gating system with gating ratio of “1:1.7:3.52” has a lower flow speed than “1:1.7:1.13”. Flow speed decreased about 18%. The molten aluminum flow gets steady when pouring.
The simulation result is in good agreement with the actual result when “back pressure” is included in the simulation. The simulation showed that increasing vent area will help to solve the misrun problem. The correction value of “back pressure” is 0.067atm in this simulation result.
The metallographic microstructure results of the casting at each process shown that ingot has a partial effect of modification and refinement when contenting 0.025% Sr and 0.025% Ti. After modification treatment and refinement treatment, the refinement effect of eutectic silicon and grain size were increased. The hardness of casting had a great promote after T4 heat-treatment and T6 heat-treatment.
The CAE simulation method saved 63% of time and 40% of cost when compared with the tradition “Trail-and-Error” method.

摘要 I
Abstract II
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機 2
1.3文獻回顧 2
第二章 基礎理論 4
2.1流動方程式 4
2.1.1質量守恆方程式 4
2.1.2動量守恆方程式 4
2.2熱傳方程式 4
2.2.1熱傳導方程式 5
2.2.2熱對流方程式： 5
2.2.3熱輻射方程式： 5
2.2.4一維非穩態熱傳方程式： 5
2.3介面熱傳係數 6
2.4氣體分率壓力公式 6
2.5背壓 6
2.6 澆口比 7
2.7 傾斜式鑄造法 8
2.8 鋁合金熔湯處理與金相組織 9
第三章 實驗方法與實驗設備 12
3.1實驗流程與方法 12
3.1.1實驗方法 12
3.1.2實驗模型描述 13
3.1.3實驗材料 15
3.2 Procast製作網格模型與計算設定 16
3.2.1 網格設定與簡化功能 16
3.2.2 參數設定 22
3.2.3 計算設定 24
3.3金相試驗 25
3.4硬度試驗 26
3.5實驗設備 27
3.5.1傾斜式重力鑄造機 27
3.5.2保溫熔解爐 28
3.5.3 ProCAST模擬解析軟體 28
3.5.4金相試驗及影像解析 28
3.5.5 洛式硬度試驗機 29
第四章 實驗結果與討論 30
4.1澆口比設計對於熔湯流速影響 30
4.1.1澆口比1：1.7：1.13熔湯流速與流動情形 30
4.1.2澆口比1：1.7：3.52熔湯流速與流動情形 30
4.1.3兩設計方案流速對照討論 33
4.2排氣道設計對於模穴充填情況之模擬與澆鑄結果比較 34
4.2.1無排氣道方案設計之比對 34
4.2.2有排氣道方案設計1之比對 34
4.2.3有排氣道方案設計2之比對 34
4.2.4澆鑄結果討論 34
4.3排氣道設計對於模穴壓力之模擬結果比較 36
4.3.1無排氣道方案之設計 36
4.3.2有排氣道方案設計1 36
4.3.2增加排氣道方案設計2 36
4.3.2模穴內壓力結果討論 37
4.4鋁合金傾斜式重力鑄造A356鑄件於各製程時之金相顯微組織與硬度討論 41
4.4.1鋁液未經處理時之金相顯微組織 41
4.4.2經除氣處理之金相顯微組織 41
4.4.3經鈉系改良處理之金相顯微組織 41
4.4.4經鋁鈦硼細化處理之金相顯微組織 41
4.4.5經T4處理(固溶化處理) 之金相顯微組織 42
4.4.6經T6處理(固溶化處理-人工時效) 之金相顯微組織 42
4.4.7各製程時硬度結果 45
4.4.8金相顯微組織與硬度實驗結果討論 46
4.5使用CAE方法與試誤法比較結果 47
第五章 結論 49
5.1澆口比設計對於熔湯流速影響 49
5.2排氣道設計對於充填情形與模穴內壓力之影響 49
5.3 金相顯微組織與硬度實驗結果 49
5.4使用CAE方法與試誤法比較結果 49
參考文獻 50
誌謝 53

參考文獻
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