JPH1034320A - Method for analyzing fluid solidification of molten metal, instrument therefor and recording medium - Google Patents

Method for analyzing fluid solidification of molten metal, instrument therefor and recording medium

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JPH1034320A
JPH1034320A JP2099197A JP2099197A JPH1034320A JP H1034320 A JPH1034320 A JP H1034320A JP 2099197 A JP2099197 A JP 2099197A JP 2099197 A JP2099197 A JP 2099197A JP H1034320 A JPH1034320 A JP H1034320A
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JP
Japan
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solidification
solute
analysis
flow
phase
Prior art date
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Withdrawn
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JP2099197A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Sakamoto
敏夫 坂本
Masato Otsuki
真人 大槻
Toru Kono
通 河野
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the reliability of alloy casting, etc., in a mold casting and to reduce the cost by dividing molten metal into fine elements and analyzing a molten metal model in the element in each passing time. SOLUTION: The molten metal for casting into the mold is divided into plural fine elements according to a mold shape and the modeling is executed to the molten metal model in each element with a temp. changing according to the solidified state variable showing the plural condition and the soluble element concn. in the solid phase and the liquid phase. To this analyzing model, the thermal condition and the solute shifting are analyzed in each passing time between the fine elements, and at least one of the variable showing the temp. and the phase condition and the solute element concn. of the liquid phase is renewed and outputted in each passing time based on the analyzed results. This fluid solidification analyzing calculation ST8 is repeated through a time step addition ST7 until it is judged that the solidification completes with the nineth step ST9. In the case, segregation position and segregation quantity are in the desirable range with the eleventh step ST11 and it is judged that there is no other defect, a casting plan is made.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、合金鋳物を製造す
るにあたり、溶湯(鋳物)の凝固収縮等に起因して生じ
る引け巣欠陥および合金成分のマクロ偏析欠陥を未然に
防止するために、合金鋳物の凝固過程を解析し鋳物形状
に応じた引け巣欠陥およびマクロ偏析欠陥の発生を予測
する流動凝固解析方法に関する。また、本発明は、引け
巣欠陥およびマクロ偏析欠陥の発生を予測する流動凝固
解析装置と、流動凝固解析用プログラムが格納された記
録媒体とに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an alloy casting, in order to prevent shrinkage porosity defects and macrosegregation defects of alloy components caused by solidification shrinkage of molten metal (casting). The present invention relates to a flow solidification analysis method for analyzing a solidification process of a casting and predicting the occurrence of shrinkage cavities and macrosegregation defects according to the shape of the casting. Further, the present invention relates to a flow solidification analysis device for predicting the occurrence of shrinkage cavities and macrosegregation defects, and a recording medium storing a flow solidification analysis program.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のコンピュータハードウエアの発達
と低価格化によって、型鋳造の鋳造方案を作成するため
に、凝固シミュレーションを利用する方法が頻繁に行わ
れるようになってきた。
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of computer hardware and cost reduction, a method using solidification simulation has been frequently used to create a casting plan for die casting.

【0003】その多くのものは、凝固収縮による引け巣
欠陥の位置を定性的に予測するものである。すなわち、
この引け巣欠陥の予測法は、溶湯(鋳物)と型およびそ
の周囲のエリアをモデル化し、伝熱を計算することによ
って、鋳物の温度分布および物性値データから一意的に
決定される凝固率分布を計算し、その結果算出される温
度勾配や凝固率勾配、凝固速度をパラメータとして使用
し、凝固収縮に起因する引け巣欠陥の発生しやすい位置
を予測するというものであった。
Many of them qualitatively predict the position of a shrinkage defect caused by coagulation contraction. That is,
This shrinkage porosity defect prediction method is based on modeling the molten metal (casting) and mold and its surrounding area, calculating the heat transfer, and determining the solidification rate distribution uniquely determined from the temperature distribution and physical property data of the casting. Was calculated, and a temperature gradient, a solidification rate gradient, and a solidification rate calculated as a result were used as parameters to predict a position where a shrinkage porosity defect due to coagulation shrinkage was likely to occur.

【0004】一方、凝固収縮量を評価することで、実質
的に凝固中の溶湯および固液共存域での流れを計算し、
引け巣の発生を定量的に予測する計算手法も試みられて
いる(例えば、1994年 日本鋳物協会発行 研究報告70
「湯流れシミュレーションと湯道方案の最適化に関する
研究」104ページ、仲山公規著参照)。これらの凝固
解析の手法を用いて引け巣位置を予測し、その結果を用
いて最適鋳造方案を作成する方法は、数々の成功をおさ
めてきた。
On the other hand, by evaluating the amount of coagulation shrinkage, the flow in the coexistence region of the molten metal and the solid-liquid during the coagulation is calculated,
Calculation methods for quantitatively predicting the occurrence of shrinkage cavities have also been attempted (for example, research report 70 issued by the Japan Foundry Association in 1994).
"Study on hot water flow simulation and optimization of hot water method", page 104, by Kimiyoshi Nakayama. Methods of predicting shrinkage cavities using these solidification analysis techniques and using the results to create an optimal casting plan have met with numerous successes.

【0005】ところで、合金の型鋳造において引け巣欠
陥とならんで制御する必要のある欠陥として、合金成分
の偏析欠陥がある。合金成分の偏析は、合金の主成分
(溶媒元素)と添加されている元素(溶質元素)の成分
比がところにより異なる現象で、凝固中の固液共存域の
固相と液相で添加成分の溶解度が異なることに起因す
る。
[0005] Incidentally, as a defect that needs to be controlled in addition to the shrinkage porosity defect in the die casting of the alloy, there is a segregation defect of the alloy component. The segregation of alloy components is a phenomenon in which the component ratio of the main component (solvent element) of the alloy to the added element (solute element) differs depending on the location. Are different from each other in solubility.

【0006】たとえば、Al−Si系合金では、Alの
固相(α相)に固溶可能なSi元素は最大で約1.6重
量%であり、Si濃度が2重量%を超える溶湯が凝固す
るとした場合、1.6重量%を超える部分の溶湯中のS
i元素が、凝固中に固相と液相との凝固界面から液相側
に排出される。したがって、凝固が進み1.6重量%の
Si濃度を有するAl−Si合金の固相が広がるにつれ
て、液相中のSi濃度が高くなる。この結果、後から凝
固する固相部分のSi濃度、特に最終段階で局所的に凝
固する付近のSi濃度は急激に高くなることがある。こ
ういった、合金成分濃度の高低の位置的スケール(周
期)がデンドライト2次アーム間隔のオーダーのものを
ミクロ偏析と称し、健全な鋳造組織に通常に見られるも
のである。
For example, in an Al-Si alloy, the maximum amount of Si element that can be dissolved in the solid phase (α phase) of Al is about 1.6% by weight, and a molten metal having a Si concentration exceeding 2% by weight is solidified. If so, S in the molten metal in a portion exceeding 1.6% by weight
The i element is discharged from the solidification interface between the solid phase and the liquid phase to the liquid phase during solidification. Therefore, as the solidification progresses and the solid phase of the Al—Si alloy having the Si concentration of 1.6% by weight spreads, the Si concentration in the liquid phase increases. As a result, the Si concentration in the solid phase portion that solidifies later, particularly the Si concentration near the local solidification in the final stage, may suddenly increase. Such a scale (period) in which the concentration of the alloy component is high or low on the order of the dendrite secondary arm interval is referred to as microsegregation, which is normally found in a sound casting structure.

【0007】これに対し、合金成分濃度の高い部分また
は低い部分が、デンドライト2次アーム間隔以上の広範
囲に渡って連続的に存在する現象をマクロ偏析と称し、
このマクロ偏析の発生は、材料特性を著しく低下させる
原因となる。鉄鋼のインゴット等に見られるV偏析は、
マクロ偏析の1種である。また、型鋳造ではないが、連
続鋳造に見られる中心偏析も、マクロ偏析の範疇にとら
えることができる。
On the other hand, a phenomenon in which a portion having a high or low alloy component concentration exists continuously over a wide range beyond the dendrite secondary arm interval is called macrosegregation,
The occurrence of this macro segregation causes the material properties to be significantly reduced. V segregation seen in steel ingots, etc.
It is a kind of macro segregation. In addition, center segregation, which is not mold casting but is found in continuous casting, can also be included in the category of macro segregation.

【0008】製品の品質を向上させる目的で、このマク
ロ偏析を凝固解析を利用して制御する方法としては、例
えば特開平6−79421公報に開示された水平連続鋳
造法などがあった。
As a method for controlling the macro-segregation using solidification analysis for the purpose of improving the quality of a product, there has been a horizontal continuous casting method disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-79421.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】この従来の凝固解析に
よるマクロ偏析予測は、製品形状が余り複雑でなく常圧
下で行う連続鋳造の場合に適用されており、この場合
は、偏析位置の予測が可能であり、ある程度の成果を上
げている。しかし、製品形状が複雑な場合、一般に、そ
の鋳物の製造は型鋳造によって行われるが、上記連続鋳
造法で有効であったマクロ偏析制御法を型鋳造に適用し
ようとしても、複雑な製品形状における凝固過程は複雑
で、偏析の生成位置及び度合いの予測が難しいといった
問題があった。
The conventional macro-segregation prediction based on solidification analysis is applied to the case of continuous casting performed under normal pressure without a complicated product shape. In this case, the prediction of the segregation position is not performed. It is possible and has achieved some results. However, when the product shape is complicated, the casting is generally manufactured by die casting, but even if an attempt is made to apply the macro-segregation control method effective in the continuous casting method to the die casting, in the case of a complicated product shape, The solidification process is complicated, and there is a problem that it is difficult to predict the generation position and the degree of segregation.

【0010】たとえば、溶湯鍛造や中圧鋳造など、凝固
中に外部から圧力を加えることによって凝固収縮による
引け巣の生成を抑える型鋳造法がある。これらの型鋳造
においては、前記した連続鋳造やインゴット鋳造に比
べ、多くの場合製品形状が複雑であり、また製品の種類
も多い。しかも、個々の製品形状によってマクロ偏析の
生成位置、生成の度合いは全く異なったものとなる。し
たがって、製品を実際に製造する前に、マクロ偏析の生
成位置や度合いを簡単に解析することができれば、製造
パラメータの最適化が行いやすい。
[0010] For example, there is a mold casting method such as melt forging or medium pressure casting in which external pressure is applied during solidification to suppress shrinkage cavities due to solidification shrinkage. In these mold castings, the product shape is often complicated and the types of products are many as compared with the continuous casting and ingot casting described above. In addition, the position and degree of generation of macrosegregation are completely different depending on each product shape. Therefore, if it is possible to easily analyze the generation position and the degree of macro-segregation before actually manufacturing a product, it is easy to optimize the manufacturing parameters.

【0011】この偏析の生成位置に関しては、引け巣の
発生と同様に最終凝固位置付近に生成しやすい(寺内
博、山下和彦:鋳物66(1994 年)922ページ)との報告は
なされている。しかし、ほぼ確実に最終凝固位置に現れ
る引け巣欠陥とは異なり、偏析欠陥は最終凝固部の近傍
であるが最終凝固部とは確実に異なる位置に発生してお
り、定量的に偏析の発生位置を決定する手法、技術は未
だ確立しているとは言い難い。とりわけ、複雑な凝固過
程をとる型鋳造において、例えばAl−Si合金などの
合金成分の偏析を予測するための凝固解析法にいたって
は、そのアルゴリズムすら確立されていないのが現状で
ある。
It has been reported that this segregation is likely to be generated near the final solidification position as well as the shrinkage cavities (Hiroshi Terauchi, Kazuhiko Yamashita: Casting 66 (1994), page 922). However, unlike the shrinkage porosity defect that appears almost certainly at the final solidification position, the segregation defect is located near the final solidification part but definitely at a different position from the final solidification part. It is hard to say that the techniques and techniques for determining In particular, at present, no solidification analysis method has been established for a solidification analysis method for predicting segregation of an alloy component such as an Al-Si alloy in mold casting that takes a complicated solidification process.

【0012】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、マクロ偏析を制御して鋳造方案を作成す
る際、型鋳造での合金成分偏析および引け巣位置を凝固
解析によって予測する流動凝固解析法を新たに考案し、
この流動凝固解析方法、流動凝固解析装置、および流動
凝固解析のプログラムが格納された記録媒体を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and when a casting plan is created by controlling macrosegregation, alloy component segregation and shrinkage cavity position in mold casting are predicted by solidification analysis. Newly devised a flow solidification analysis method,
It is an object of the present invention to provide a fluid coagulation analysis method, a fluid coagulation analysis device, and a recording medium in which a program for fluid coagulation analysis is stored.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上述した従来技術の問題
点を解決し、上記目的を達成するために、本発明者ら
は、さまざまな形状の高圧鋳造鋳物の偏析位置を調査
し、鋳型および該当鋳型のキャビティー内の溶湯からな
る解析モデルを使用した数値計算を行った。それらを考
察した結果、本発明者らは、高圧鋳造鋳物の成分偏析の
生成は、外部からの加圧と凝固収縮に起因する固液共存
域での溶湯(鋳物)の移動によって引き起こされること
を知った。さらに詳しくいえば、固液共存域での溶湯
(鋳物)の流れ速度が大きい場所で溶湯の合金成分の濃
化が起こりやすく、また、濃化した溶湯が最終凝固部分
を含めた周囲の未凝固部分に向かって流動する場合があ
り、この濃化した溶湯の最終的な凝固位置が製品に偏析
欠陥のあらわれる位置であると知った。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems of the prior art and to achieve the above object, the present inventors investigated the segregation positions of high-pressure cast castings of various shapes, and investigated Numerical calculations were performed using an analytical model consisting of the molten metal in the cavity of the mold. As a result of considering them, the present inventors have found that the generation of component segregation in high-pressure cast castings is caused by the movement of molten metal (casting) in the solid-liquid coexistence region caused by external pressure and solidification shrinkage. Knew. More specifically, in areas where the flow velocity of the molten metal (casting) in the solid-liquid coexistence region is high, the alloy components of the molten metal are likely to be concentrated, and the concentrated molten metal is not solidified around the final solidified part. It may flow toward the part, and it is known that the final solidification position of the concentrated molten metal is a position where segregation defects appear in the product.

【0014】本発明の流動凝固解析方法は、この知見に
基づいて考案されたものであり、前記金属溶湯の流動凝
固の解析モデルとして、型に鋳込まれる金属溶湯を型形
状にしたがって複数の微小な要素に分割し、それぞれの
要素内の金属溶湯モデルを、凝固状態に応じて変化する
温度、少なくとも固相および液相からなる相状態を示す
変数、固相内の溶質元素濃度および液相内の溶質元素濃
度によって表すモデル化工程と、前記解析モデルに対
し、各微小要素間で経過時間ごとに熱伝導および溶質移
動を解析し、この熱伝導および溶質移動の解析結果にも
とづいて、前記温度、前記相状態を示す変数、前記液相
の溶質元素濃度の少なくとも何れかを、時間経過ごとに
更新し、出力する流動凝固解析工程と、を有することを
特徴とする。
The flow solidification analysis method of the present invention has been devised based on this finding. As an analysis model of the flow solidification of the molten metal, a plurality of minute molten metals are cast according to the shape of the die. The model of the molten metal in each element is divided into a temperature that changes according to the solidification state, at least a variable indicating the phase state consisting of the solid phase and the liquid phase, the solute element concentration in the solid phase, and the A modeling step represented by the solute element concentration, and analyzing the heat conduction and solute transfer between the microelements with respect to each elapsed time with respect to the analysis model, based on the analysis result of the heat conduction and solute transfer, And a flow solidification analysis step of updating and outputting at least one of a variable indicating the phase state and a solute element concentration of the liquid phase over time.

【0015】この流動凝固解析では、凝固収縮によって
固相および液相の各要素間の流動(流れ)が発生し、こ
の流れにのって溶質元素も移動すると考えられることか
ら、流動凝固解析の精度をさらに向上させるには、流れ
の要因となる凝固収縮時の空隙量を定量的に見積もる必
要がある。この流れを考慮した本発明の流動凝固解析方
法では、前記モデル化工程において、前記相状態を表す
変数として、固相が各要素内に占める割合を示す固相率
と、凝固収縮によって各要素内に生じる空隙が各要素内
に占める割合を示す空隙率とで前記金属溶湯モデルを表
し、前記流動凝固解析工程において、凝固収縮によって
各要素内に生じる空隙を補う固相および液相の要素間流
動を解析し、この固相および液相の要素間流動、前記熱
伝導および前記溶質移動の解析結果にもとづいて、前記
固相率、前記空隙率、前記温度、前記液相の溶質元素濃
度の少なくとも何れかを、経過時間ごとに更新し、出力
することを他の特徴とする。
In the flow solidification analysis, it is considered that a flow (flow) between the solid phase and the liquid phase elements occurs due to solidification shrinkage, and solute elements move along the flow. In order to further improve the accuracy, it is necessary to quantitatively estimate the void amount at the time of solidification shrinkage, which causes flow. In the fluid solidification analysis method of the present invention in which this flow is considered, in the modeling step, as a variable representing the phase state, a solid phase ratio indicating a ratio of a solid phase occupying in each element, and a solidification shrinkage in each element by solidification shrinkage. The porosity, which indicates the ratio of voids generated in each element, represents the molten metal model, and in the flow solidification analysis step, inter-element flow of solid phase and liquid phase that compensates for voids generated in each element due to solidification shrinkage Analyze, the flow between the elements of the solid phase and the liquid phase, based on the analysis results of the heat conduction and the solute transfer, the solid phase ratio, the porosity, the temperature, at least the solute element concentration of the liquid phase Another feature is that any one is updated and output every elapsed time.

【0016】これらの本凝固解析方法では、その解析モ
デルの微小要素が固相と液相と(空隙と)から把握さ
れ、温度及び各相ごとの溶質元素濃度を経時変化パラメ
ータとして有することから、濃化した溶湯(液相)の濃
度や平均濃度の計算が可能であり、マクロ偏析位置の予
測が、例えば、最終までに最も濃化していた要素の位置
で容易に予測できる。また、経過時間ごとの凝固率(固
相率)から、各位置の凝固時間を知ることができるの
で、最終凝固位置を知ることができ、これにより、引け
巣位置を容易に予測できる。また、引け巣位置および引
け巣の大きさは、最終的な各要素の空隙率からも容易に
予測できる。
In these solidification analysis methods, the microelements of the analysis model are grasped from the solid phase and the liquid phase (voids), and the temperature and the solute element concentration for each phase are used as time-dependent parameters. The concentration and average concentration of the concentrated molten liquid (liquid phase) can be calculated, and the macro-segregation position can be easily predicted at, for example, the position of the element that has been concentrated most by the end. In addition, since the coagulation time at each position can be known from the coagulation rate (solid phase rate) for each elapsed time, the final coagulation position can be known, whereby the shrinkage cavity position can be easily predicted. Further, the shrinkage cavity position and the shrinkage cavity size can be easily predicted from the final porosity of each element.

【0017】加圧により溶湯を移動し易くして、主に引
け巣の発生を予防する加圧鋳造においては、流動凝固解
析の際、例えば固相率等に応じて、溶質移動方程式の拡
散係数を適切に変化させて設定するとよい。流れを考慮
しない前者の方法では、溶質移動のしやすさを表す溶質
移動係数を、例えば固相率に応じて、凝固中の前記金属
溶湯に圧力がかかっているときは圧力がかかっていない
ときより大きく設定した後、溶質移動解析を行なうとよ
い。
In pressure casting, in which the molten metal is easily moved by pressurization and mainly prevents the occurrence of shrinkage cavities, the diffusion coefficient of the solute transfer equation depends on, for example, the solid phase ratio during flow solidification analysis. May be changed appropriately. In the former method that does not consider the flow, the solute transfer coefficient representing the ease of solute transfer, for example, according to the solid fraction, when pressure is applied to the molten metal during solidification when pressure is not applied After setting a larger value, a solute transfer analysis may be performed.

【0018】一方、流れを考慮した後者の方法では、ま
ず、凝固収縮によって生じる空隙率を見積もり、加圧に
よって収縮を補うために生じる流れを算出する。その結
果(例えば、圧力と流れ速度)を用いて前記溶質移動方
程式を解き、固相率、空隙率、温度、溶質元素濃度の経
時変化を解析モデル全体について求めるとよい。具体的
に、流れ計算の結果を溶質移動に反映させるには、例え
ば、流れ計算(固相および液相の要素間流動解析)を行
なうことにより得られた凝固中の溶湯にかかっている圧
力の大きさ、流れ速度の大きさや向き、固相率の大き
さ、および固相率勾配の大きさや向きによって、溶質移
動方程式の拡散係数を適切に変化させて設定するとよ
い。また、これら圧力の大きさ、流れ速度の大きさや向
き、固相率の大きさ、および固相率勾配の大きさやむき
によって、流れによる固相と液相の移動量の比率を適切
に変化させて、拡散係数を設定してもよい。
On the other hand, in the latter method taking flow into consideration, first, a porosity generated by solidification shrinkage is estimated, and a flow generated to compensate for shrinkage by pressurization is calculated. It is preferable to solve the solute transfer equation using the results (for example, pressure and flow velocity), and obtain changes over time in the solid fraction, the porosity, the temperature, and the solute element concentration for the entire analysis model. Specifically, in order to reflect the result of the flow calculation on the solute transfer, for example, the pressure applied to the molten metal during solidification obtained by performing the flow calculation (solid-phase and liquid-phase inter-element flow analysis) is calculated. The diffusion coefficient of the solute transfer equation may be appropriately changed and set depending on the size, the magnitude and direction of the flow velocity, the magnitude of the solid fraction, and the magnitude and direction of the solid fraction gradient. In addition, by changing the magnitude of the pressure, the magnitude and direction of the flow velocity, the magnitude of the solid fraction, and the magnitude of the solid fraction gradient, the ratio of the amount of movement between the solid phase and the liquid phase due to the flow is appropriately changed. Thus, the diffusion coefficient may be set.

【0019】本発明の流動凝固解析装置では、金属溶湯
の流動凝固の解析モデルとして、型に鋳込まれる金属溶
湯を型形状にしたがって複数の微小な要素に分割し、そ
れぞれの要素を、温度、少なくとも固相および液相から
なる相状態を示す変数、固相内の溶質元素濃度、液相内
の溶質元素濃度からなる経時変動パラメータによって表
すモデル化手段と、型に応じた各要素の位置と大きさに
関する要素パラメータ、および前記経時変動パラメータ
を前記モデル化手段から入力し、入力した両パラメータ
にもとづいて、各要素間で経過時間ごとに熱伝導および
溶質移動を解析し、この熱伝導および溶質移動の解析結
果にもとづいて前記経時変動パラメータを更新し、出力
する解析手段と、を有することを特徴とする。また、流
れを考慮する本流動凝固解析装置では、前記モデル化手
段は、前記相状態を表す変数として、固相が各要素内に
占める割合を示す固相率と、凝固収縮によって各要素内
に生じる空隙が各要素内に占める割合を示す空隙率と
で、それぞれの要素を表し、前記解析手段は、凝固収縮
によって各要素内に生じる空隙を補う固相および液相の
要素間流動を解析し、当該要素間流動、前記熱伝導およ
び前記溶質移動の解析結果にもとづいて、前記空隙率と
前記固相率を含む前記経時変動パラメータを更新し、出
力することを他の特徴とする。
In the fluid solidification analyzer of the present invention, as an analysis model of the fluid solidification of the molten metal, the molten metal cast into the mold is divided into a plurality of minute elements according to the shape of the mold, and each element is subjected to temperature, Modeling means represented by at least a variable indicating a phase state consisting of a solid phase and a liquid phase, a solute element concentration in a solid phase, and a time-varying parameter consisting of a solute element concentration in a liquid phase, and the position of each element according to the type. The element parameters relating to the size and the time-varying parameters are input from the modeling means, and based on the input parameters, the heat conduction and the solute movement are analyzed for each elapsed time between the elements, and the heat conduction and the solute transfer are analyzed. Analyzing means for updating and outputting the time-varying parameter based on the analysis result of the movement. Further, in the present fluid coagulation analyzer considering a flow, the modeling means includes, as variables representing the phase state, a solid phase ratio indicating a ratio of the solid phase occupying in each element, and solidification shrinkage in each element by solidification shrinkage. The porosity, which indicates the ratio of the generated voids to each element, represents each element, and the analysis means analyzes the inter-element flow of the solid phase and the liquid phase to compensate for the voids generated in each element due to solidification shrinkage. Another feature is that the time-varying parameter including the porosity and the solid fraction is updated and output based on the analysis results of the flow between the elements, the heat conduction, and the solute transfer.

【0020】本発明の流動凝固解析用記録媒体は、上述
した流動凝固解析方法の手順がプログラムとして格納さ
れていることを特徴とする。
The recording medium for flow solidification analysis of the present invention is characterized in that the procedure of the above-mentioned flow solidification analysis method is stored as a program.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる流動凝固解
析方法および流動凝固解析装置を、図面を参照しながら
詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a flow solidification analysis method and a flow solidification analysis apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0022】第1実施形態 図1は、本発明の凝固解析装置の概略構成図である。こ
の流動凝固解析装置1は、解析形状モデルを作製し、解
析に必要な物性値や鋳造条件を入力するためのプリプロ
セッサー2と、作製した形状モデルに対して熱伝導およ
び物質移動解析を実行するソルバー(Solver)としての
メインプロセッサー3と、解析結果を出力するポストプ
ロセッサー4とから構成される。メインプロセッサー3
は、熱伝導解析手段5と、パラメータ更新手段6と、溶
質移動解析手段7とから構成される。各プロセッサー
2,3,4および各手段5,6,7の具体的な機能及び
動作は、以下の流動凝固解析方法の説明の中で述べる。
First Embodiment FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a coagulation analyzer according to the present invention. The fluid solidification analyzer 1 prepares an analysis shape model, executes a preprocessor 2 for inputting physical property values and casting conditions necessary for analysis, and executes heat conduction and mass transfer analysis on the manufactured shape model. It comprises a main processor 3 as a solver and a post processor 4 for outputting an analysis result. Main processor 3
Is composed of a heat conduction analyzing means 5, a parameter updating means 6, and a solute movement analyzing means 7. Specific functions and operations of the processors 2, 3, 4 and the means 5, 6, 7 will be described in the following description of the flow coagulation analysis method.

【0023】以下、本発明の流動凝固解析方法を、この
方法を用いて高圧鋳造での成分偏析制御を行う場合を例
に、図3のフローチャートに沿って説明する。まず、プ
リプロセッサー2による解析形状モデルを作製するに際
し、第1ステップST1 で解析モデル(微小要素データ)
の入力を行う。すなわち、従来と同様に、解析対象をメ
ッシュ状の細かな要素に分け、各要素ごとの大きさや位
置を定義する。
Hereinafter, the flow solidification analysis method of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. 3 by taking as an example the case where component segregation control in high-pressure casting is performed using this method. First, in preparing an analysis shape model by the preprocessor 2, in a first step ST1, an analysis model (micro element data)
Input. That is, as in the conventional case, the analysis target is divided into mesh-like fine elements, and the size and position of each element are defined.

【0024】つぎの第2ステップST2 では、流動解析を
解析モデルの初期条件に使用するか否かを決め、使用す
る場合は、第3ステップST3 で流動解析計算を行う。こ
の流動解析計算もプリプロセッサー4によって実施さ
れ、この結果、例えば2次元モデルを作成し直接差分法
を用いて解析した例では、図4に例示するようなモデル
が作成される。
In the next second step ST2, it is determined whether or not the flow analysis is used as the initial condition of the analysis model. If so, the flow analysis calculation is performed in the third step ST3. This flow analysis calculation is also performed by the preprocessor 4, and as a result, for example, in a case where a two-dimensional model is created and analyzed using the direct difference method, a model as illustrated in FIG. 4 is created.

【0025】第2ステップST2 で流動解析を行わないと
判断した場合、或いは第3ステップST3 終了後では、そ
れぞれ第4ステップST4 で初期条件が、第5ステップで
タイムステップΔt が設定される。これらの諸設定もプ
リプロセッサー4により実施される。このうち、第4ス
テップST4 で設定される初期条件として、各種鋳造条件
や物性データのほか各要素ごとに温度や濃度の初期値が
与えられることは、従来と同様である。
When it is determined in the second step ST2 that flow analysis is not to be performed, or after the end of the third step ST3, an initial condition is set in a fourth step ST4, and a time step Δt is set in a fifth step. These settings are also performed by the preprocessor 4. Of these, as the initial conditions set in the fourth step ST4, initial values of temperature and concentration are given for each element in addition to various casting conditions and physical property data, as in the conventional case.

【0026】図5には、本発明における要素ごとの条件
を、従来の場合と比較して模式的に示している。この図
示のように、本発明の流動凝固解析方法の特徴は、溶湯
の合金成分濃化の解析が可能なように、この各要素Ni
の濃度を凝固率fsi に応じて固相と液相とで把握し、さ
らに、例えば2元合金の場合に、その各要素の固相と液
相それぞれについて、主体となる溶媒元素と、これに溶
け込んだ溶質元素との温度及び濃度をパラメータ化して
いることにある。したがって、第4ステップST4 での初
期設定では、このモデルに応じて各要素ごとに固相と液
相とに分け、それぞれの溶媒元素と溶質元素とについて
行われる。すなわち、ここでは各要素Ni の温度Ti
固相濃度Cs および液相濃度Cl等が初期設定される。
また、第5ステップST5 では、タイムステップΔt の値
が決められる。
FIG. 5 schematically shows the condition for each element in the present invention in comparison with the conventional case. As shown in the figure, the feature of the flow solidification analysis method of the present invention is that each element N i is analyzed so that analysis of alloy component enrichment of the molten metal can be performed.
The concentration grasped between solid and liquid phases in accordance with the solidification rate fs i, further, for example in the case of binary alloys, for each of which the solid and liquid phases of each element, and the solvent element to be mainly, this Temperature and concentration with the solute element dissolved in the steel. Therefore, in the initial setting in the fourth step ST4, each element is divided into a solid phase and a liquid phase in accordance with this model, and the process is performed for each solvent element and solute element. That is, where the temperature T i of each element N i,
Initially, the solid phase concentration Cs and the liquid phase concentration Cl are set.
In the fifth step ST5, the value of the time step Δt is determined.

【0027】以上のモデル化及び条件設定が終了する
と、いよいよ第6ステップST6 からは、図1の前記メイ
ンプロセッサー3により、作製した形状モデルに対して
必要に応じて変更をかけながら流動凝固解析が実行され
る。すなわち、時間の初期化 (第6ステップST6),最初
のタイムステップ加算 (第7ステップST7)後、第8ステ
ップST8 で流動凝固解析計算が実行される。この流動凝
固解析計算は、第9ステップST9 で凝固終了と判断され
るまで、タイムステップ加算 (第7ステップST7)を経て
繰り返される。流動凝固解析計算の詳細な内容について
は、各計算段階ごとに後述する。
When the above modeling and setting of conditions have been completed, finally, from the sixth step ST6, the main processor 3 in FIG. Be executed. That is, after the initialization of the time (sixth step ST6) and the addition of the first time step (seventh step ST7), the flow solidification analysis calculation is executed in the eighth step ST8. This flow solidification analysis calculation is repeated through time step addition (seventh step ST7) until it is determined in step 9 that the solidification is completed. The details of the flow solidification analysis calculation will be described later for each calculation step.

【0028】第9ステップST9 で凝固終了と判断される
と、最終的な濃度分布と凝固時間分布とを確認し(第1
0ステップST10)、その結果から第11ステップST11で
偏析位置や偏析量が望ましい範囲にあると判断される場
合には、同様に他の欠陥の有無を確認する(第12ステ
ップST12)。さらに、つぎの第13ステップST13で他の
欠陥もないと判断される場合には、第14ステップST14
で、以上の解析結果をもとに鋳造方案を作成する。
If it is determined in the ninth step ST9 that the coagulation has been completed, the final concentration distribution and coagulation time distribution are confirmed (first).
0 step ST10), and if it is determined from the result in the eleventh step ST11 that the segregation position and the segregation amount are within a desired range, the presence or absence of another defect is similarly confirmed (twelfth step ST12). Further, if it is determined in the next thirteenth step ST13 that there is no other defect, the fourteenth step ST14
Then, a casting plan is created based on the above analysis results.

【0029】これに対し、第11ステップST11で偏析位
置等が望ましい範囲内にない場合、あるいは、第13ス
テップST13で他の欠陥ありと判断され第15ステップST
15で解析モデル等の変更が必要と判断された場合には、
第16ステップST16で解析モデル又は初期条件の変更を
行った後、前記第5ステップST5 の前に戻され、流動凝
固解析を再度実行する。第15ステップST15の判断で、
解析モデル等の変更が必要でない場合は、第14ステッ
プST14で鋳造方案の作成を行う。
On the other hand, if the segregation position or the like is not within the desired range in the eleventh step ST11, or if there is another defect in the thirteenth step ST13, the fifteenth step ST11 is executed.
If it is determined in 15 that changes in the analysis model, etc. are necessary,
After the analysis model or the initial conditions are changed in the sixteenth step ST16, the process returns to the step before the fifth step ST5, and the flow solidification analysis is executed again. By the judgment of the fifteenth step ST15,
If there is no need to change the analysis model or the like, a casting plan is created in a fourteenth step ST14.

【0030】以下、第8ステップST8 の凝固解析計算の
内容を詳述する。図6は、図3の第8ステップST8 の内
容を更に細かく示したフローチャートであり、図7は、
凝固解析の各計算の流れを示す算出値の相関図である。
本凝固解析計算では、先に述べたように、偏析の位置お
よび引け巣位置を予測することを目的としており、これ
を合金成分が濃化した鋳物の濃度分布および最終的な凝
固位置により求めるものである。この溶湯の偏折の位置
の判断は、たとえば、平均濃度は次第に変化することか
ら平均濃度の分布を求め、最終的に平均濃度が最も高い
位置を偏折の位置と判断することができる。また、凝固
率と時間との関係から等凝固時間を求め、最も長い凝固
時間を要する位置を引け巣位置と判断することができ
る。さらに、温度と凝固率との間に一定の関係があるこ
とから、温度分布から引け巣位置の判断を行うこともで
きる。さらに、最終的な空隙率から、引け巣の大きさを
判断することができる。
Hereinafter, the contents of the solidification analysis calculation in the eighth step ST8 will be described in detail. FIG. 6 is a flowchart showing the contents of the eighth step ST8 in FIG. 3 in more detail, and FIG.
It is a correlation diagram of the calculated value which shows the flow of each calculation of coagulation analysis.
The purpose of this solidification analysis calculation is to predict the position of segregation and the position of shrinkage cavities, as described above, which is calculated from the concentration distribution of the casting in which the alloy component is concentrated and the final solidification position. It is. In the determination of the position of the deviation of the molten metal, for example, since the average concentration gradually changes, the distribution of the average concentration is obtained, and the position where the average concentration is the highest can be finally determined as the position of the deviation. Further, an equal coagulation time is obtained from the relationship between the coagulation rate and time, and a position requiring the longest coagulation time can be determined as a shrinkage cavity position. Furthermore, since there is a certain relationship between the temperature and the solidification rate, the shrinkage cavity position can be determined from the temperature distribution. Further, the size of the shrinkage cavity can be determined from the final porosity.

【0031】以上の観点から、本凝固解析計算では、図
7に示すように、任意の時刻t において各要素Ni
定義されているエンタルピーHi ,温度Ti ,凝固率fs
i ,液相濃度Cl から、互いに隣り合う要素Ni と要素
j (図5の要素Ni-1 や要素Ni+1 に該当)間の熱伝
導方程式および溶質移動方程式を解いて、新たな温度T
i ,凝固率fsi および液相濃度Cl を算出することとし
ている。
[0031] In view of the above, in this solidification analysis calculations, as shown in FIG. 7, the enthalpy H i defined for each element N i at any time t, the temperature T i, the solidification rate fs
From i and the liquid phase concentration Cl, the heat conduction equation and the solute transfer equation between the adjacent elements Ni and Nj (corresponding to the elements Ni-1 and Ni + 1 in FIG. 5) are solved, and a new equation is obtained. Temperature T
i, is set to be calculated coagulation factor fs i and liquid concentrations Cl.

【0032】熱拡散量の計算(ST801) まず、フーリエの法則(熱伝導方程式)を示す次式
(1)を用い、単位時間,単位断面積あたりに各要素間
で移動する熱量を計算する。 qji-j =−Ki-j (Tj −Ti )×Δt ×Si-j /Δri-j …(1) ここで、qji-j は、微小タイムステップΔt 間に、要素
i から要素Nj に流入する熱量、Ki-j は要素Ni
要素Nj 間の熱抵抗の逆数にあたる変数・定数、Ti
要素Ni の温度、Tj は要素Nj の温度、Δt は微小タ
イムステップ、Si-j は要素Ni と要素Nj 間の接触面
積、Δri-j は要素Ni と要素Nj 間の距離を示す。
Calculation of Heat Diffusion (ST801) First, the following formula (1) showing Fourier's law (heat conduction equation) is used to calculate the amount of heat transferred between each element per unit time and per unit sectional area. qj ij = −K ij (T j −T i ) × Δt × S ij / Δr ij (1) Here, q j ij is the amount of heat flowing from element Ni to element N j during the minute time step Δt. , K ij elements N i and element N j reciprocal falls variable-constant thermal resistance between, T i is the temperature of the element N i, T j is temperature factors N j, Delta] t is very small time step, S ij elements the contact area between N i and element N j, [Delta] r ij is the distance between the elements N i and element N j.

【0033】Ki-j は、例えば要素間の熱伝導率であ
り、要素の材質に固有の物性値であるが、接する2要素
が異なる物質である場合、2要素間の平均的な熱伝導率
が用いられることになり、さらに場合によっては、2物
質間の接触熱抵抗(熱伝達率)を考慮して決定される。
qji-j の計算は、すべての互いに接する2要素間でそれ
ぞれ計算される。なお、以下の計算も、特に断りがない
限り、すべての要素間または、すべての各要素について
計算されるものとする。
K ij is, for example, the thermal conductivity between the elements and is a physical property value specific to the material of the element. When the two elements in contact with each other are different substances, the average thermal conductivity between the two elements is It will be used, and in some cases, it will be determined in consideration of the contact thermal resistance (heat transfer coefficient) between the two substances.
The calculation of qj ij is performed for each of all two adjacent elements. The following calculations are also performed between all elements or for all elements unless otherwise specified.

【0034】有効移動断面積率の計算(ST802) 有効移動断面積率とは、溶質元素の移動しやすさを表す
1パラメータであり、例えば、次式 (2-1)〜(2-3) の何
れかにより算出される。 fci-j =1− fs i …(2-1) fci-j =1−max ( fs i ,fs j) …(2-2) fci-j =1− ( fs i + fs j ) /2 …(2-3) ここで、fci-j は要素Ni と要素Nj 間の有効移動断面
積率、fs i , fs j は、それぞれ要素Ni ,要素Nj
凝固率、max(x,y)はxとyの大きい方の値を示
す。
Calculation of Effective Transfer Cross-Section Rate (ST802) The effective transfer cross-section rate is one parameter indicating the ease of movement of a solute element. For example, the following equations (2-1) to (2-3) Is calculated. fc ij = 1−fs i ... (2-1) fc ij = 1−max (fs i , fs j )... (2-2) fc ij = 1− (fs i + fs j ) / 2 (2) 3) here, fc ij is effective moves sectional area ratio between the elements N i and element N j, fs i, fs j are each elements N i, the solidification rate of the elements N j, max (x, y) is x And the larger value of y.

【0035】この例では、溶質は液相中のみで移動する
と仮定している。そこで、有効移動断面積率fci-j を固
相率に相関する値(この例では液相率の補数)として計
算している。また、有効移動断面積率fci-j は互いに接
する2要素間に定義され、上式 (2-1)〜(2-3) のよう
に、固相率は、2要素の一方、最大値または平均値の何
れを用いてもよい。なお、もし溶質の移動が液相、固相
のいずれでも同様に生じると仮定するなら、有効移動断
面積率fci-j は上式 (2-1)〜(2-3) によらず、fci-j
1と置いてもよい。また、場合によっては、溶質の移動
と、液相及び固相の移動に関して、別な値をfci-j と定
義することもあり得る。
In this example, it is assumed that the solute moves only in the liquid phase. Therefore, the effective moving area ratio fc ij is calculated as a value correlated with the solid phase ratio (in this example, the complement of the liquid phase ratio). Further, the effective moving area ratio fc ij is defined between two elements that are in contact with each other, and as shown in the above equations (2-1) to (2-3), the solid phase ratio is one of the two elements, the maximum value or the average value. Any of the values may be used. Incidentally, if it is assumed that the transfer of the solute occurs similarly in both the liquid phase and the solid phase, the effective transfer cross-sectional area ratio fc ij is fc ij irrespective of the above equations (2-1) to (2-3). =
It may be set to 1. In some cases, another value may be defined as fc ij regarding the movement of the solute and the movement of the liquid phase and the solid phase.

【0036】要素間の溶質移動係数の計算(ST803) 本実施形態では、後述のST804 で述べるように溶質の移
動を2つの互いに接する2要素の濃度に比例すると仮定
し、この比例定数を溶質移動係数Di-j と定義する。し
たがって、要素間の溶質移動係数Di-j は、上記ST802
の有効移動断面積fci-j と同様に溶質元素の移動しやす
さを表す。この例では、次式(3)に示すように、溶質
移動係数Di-j を要素の凝固率fsi 、鋳造開始からの時
刻t 、凝固時間tfの関数とした。 Di-j =D(fsi ,t ,tf) …(3)
Calculation of Solute Transfer Coefficient between Elements (ST803) In this embodiment, it is assumed that solute transfer is proportional to the concentration of two elements that are in contact with each other, as described in ST804 described below. Defined as coefficient D ij . Therefore, the solute transfer coefficient D ij between the elements is
Represents the ease of movement of the solute element, similarly to the effective movement cross-sectional area fc ij . In this example, as shown in the following equation (3), and the solute transport coefficient D ij solidification rate fs i elements, the time t from the start of casting, as a function of coagulation time tf. D ij = D (fs i , t, tf) (3)

【0037】さらに具体的な説明を加えると、本実施形
態のような加圧条件下での溶質移動係数Di-j は、以下
の式(3-1) 〜(3-4) に示すように、D2 >D1 ,D2 >
D3の関係をもつ3つの溶質移動係数D1 ,D2 ,D3
に分けて表現することができる。 Di-j =D1 (t<t1 ,fs <f1 ) …(3-1) Di-j =D2 (t<t1 ,f1 <fs <f2 ) …(3-2) Di-j =D3 (t>t1またはfs >f2 ) …(3-3) Di-j =D3 (t>tf ,但し肉薄部での一部の要素にのみ適用) …(3-4) ここで、t1は加圧終了時刻、tfは薄肉部を構成する各要
素で凝固が終了する局所凝固時刻、f1 ,f2 は具体的
な凝固率を示す定数である。
More specifically, the solute transfer coefficient D ij under the pressurized condition as in the present embodiment is expressed by the following equations (3-1) to (3-4). D2> D1, D2>
Three solute transfer coefficients D1, D2, D3 having the relationship of D3
Can be expressed separately. Dij = D1 (t <t1, fs <f1) (3-1) Dij = D2 (t <t1, f1 <fs <f2) ... (3-2) Dij = D3 (t> t1 or fs) > F2) ... (3-3) Dij = D3 (t> tf, but only applied to some elements in the thin portion) ... (3-4) where t1 is the pressurization end time and tf is thin The local coagulation time at which coagulation ends at each element constituting the part, f1 and f2 are constants indicating specific coagulation rates.

【0038】すなわち、凝固率fsi の点では、これが小
さい場合(式(3-1) )や大きい場合(3-3) では溶質は移
動し難く、ある特定の凝固率の範囲内(式(3-2) )で溶
質は移動し易い。また、鋳造開始から一定時間以内で
は、圧力を作用させるために凝固率によっては溶質が移
動し易いが(式(3-2) )、加圧終了時刻t1を経過すると
全般に溶質が移動し難くなり、さらに最薄肉部の局所凝
固時間tfを過ぎると、湯口から遠い一部の薄肉部を構成
する要素位置では、凝固率が特定範囲にあっても溶質は
更に移動し難くなる(式(3-2) )。
[0038] That is, in terms of solidification rates fs i, if this is small (Formula (3-1)) or greater when (3-3) in solute difficult to move, within certain specific coagulation factor (formula ( 3-2) The solute moves easily in). Also, within a certain period of time from the start of casting, the solute is likely to move depending on the solidification rate due to the application of pressure (Equation (3-2)), but after the pressurization end time t1, the solute generally does not easily move. Further, after the local solidification time tf of the thinnest part, even at a solidification rate within a specific range, the solute becomes more difficult to move at element positions constituting a part of the thin part far from the gate (Equation (3) -2)).

【0039】要素間の溶質移動量の計算(ST804) 要素間の溶質移動量cj i-j は、前記ST802 ,ST803 で
求めた有効移動断面積率fc および溶質移動係数Dを用
い、さらに図2の第3ステップST3 で算出し、或いは同
図の第4ステップST4 で予め設定された液相濃度Cl を
用いて、次式(4)の溶質移動方程式により計算する。 cj i-j =−Di-j ×fci-j ×(Cl j −Cl i ) /Δri-j ×Δt ×Si-j …(4) ここで、cj i-j は微小タイムステップΔt 間に、要素
i から要素Nj に流入する溶質量、Cl i は要素Ni
の液相濃度、Cl j は要素Nj の液相濃度を示す。な
お、この例では溶質の移動は液相中のみで生じるとして
いるが、固相中でも同様の式を定義してさしつかえな
い。
Calculation of solute transfer between elements (ST804) The solute transfer cj ij between elements is calculated using the effective transfer cross-sectional area ratio fc and solute transfer coefficient D obtained in ST802 and ST803. The calculation is performed in three steps ST3, or in a fourth step ST4 in the same figure, using the liquid phase concentration Cl preset in accordance with the solute transfer equation of the following equation (4). cj ij = -D ij × fc ij × (Cl j -Cl i) / Δr ij × Δt × S ij ... (4) Here, cj ij is between the minute time step Delta] t, the element N i to the element N j Inflowing mass, Cl i is the element N i
, And Cl j indicates the liquid phase concentration of the element Nj . In this example, the transfer of the solute occurs only in the liquid phase, but the same equation may be defined in the solid phase.

【0040】エンタルピーHi の計算(ST805) 本実施形態では、伝熱凝固計算法として、エンタルピー
法を用いており、鋳物要素のエンタルピーHi は、前記
ST801 での各要素間の熱拡散量qji-j を用いて、次式
(5)により計算する。 Hi t =Hi t-1 +Σqj/ρi /Ui …(5) ここで、Hi t は時刻t におけるエンタルピーの値、
i t-1 は時刻t のエンタルピーの値を示す。Σは要
素Ni に接する全要素の総和、ρi は要素Niの密度、
i は要素Ni の体積を示す。なお、これ以外の方法と
して、温度回復法も用いてもよい。
[0040] In the calculation (ST 805) the present embodiment of the enthalpy H i, as a heat transfer solidification calculation method, and using the enthalpy method, enthalpy H i of the casting element, wherein
It is calculated by the following equation (5) using the thermal diffusion amount qj ij between each element in ST801. H i t = H i t- 1 + Σqj / ρ i / U i ... (5) where, H i t is the enthalpy at time t value,
H i t−1 indicates the value of the enthalpy at time t 2. Σ is the sum of all elements in contact with element N i , ρ i is the density of element N i ,
U i denotes the volume of the element N i. Note that a temperature recovery method may be used as another method.

【0041】平均濃度の計算(ST806) 平均濃度の計算は、前記ST804 で求めた溶質移動量cjを
用いて、次式(6)により計算する。 Cav t=Cav t-1+Σcj/Ui …(6) ここで、Cav tは時刻t における要素Ni の平均濃
度、Σは要素Ni に接する全要素の総和である。
Calculation of Average Concentration (ST806) The average concentration is calculated by the following equation (6) using the solute transfer amount cj obtained in ST804. Cav t = Cav t-1 + Σcj / U i ... (6) where, Cav t is the average concentration of elements N i at time t, sigma is the sum of all the elements in contact with the element N i.

【0042】液相線温度、固相線温度の計算(ST807) 本実施形態では、各要素の液相線温度Tl 、固相線温度
Ts は、各要素の平均濃度の関数であるとした。この場
合、液相線温度Tl 、固相線温度Ts は、例えば次式(7
-1),(7-2) を用いて計算できる。 Tl i = (Tlc0 −Tlce)× (Cav−Ce)/ (Ce −C0)+Tlce …(7-1) Ts i = (Tsc0 −Tsce)×(Cav−Ce)/ (Ce −C0)+Tsce …(7-2) ここで、Tl は局所的な液相線温度、C0 ,Ce は任意
の濃度を示す定数、Tlc0 は濃度C0 での液相線温度、
Tlce は濃度Ce での液相線温度である。また、Ts は
局所的な固相線温度、Tsc0 は濃度C0 での固相線温
度、Tsce は濃度Ce での固相線温度である。
Calculation of Liquidus Temperature and Solidus Temperature (ST807) In this embodiment, the liquidus temperature Tl and solidus temperature Ts of each element are assumed to be functions of the average concentration of each element. In this case, the liquidus temperature Tl and the solidus temperature Ts are, for example, the following equation (7)
-1) and (7-2). Tl i = (Tlc0 -Tlce) × (Cav-Ce) / (Ce -C0) + Tlce ... (7-1) Ts i = (Tsc0 -Tsce) × (Cav-Ce) / (Ce -C0) + Tsce ... ( 7-2) where Tl is the local liquidus temperature, C0 and Ce are constants indicating an arbitrary concentration, Tlc0 is the liquidus temperature at the concentration C0,
Tlce is the liquidus temperature at the concentration Ce. Ts is the local solidus temperature, Tsc0 is the solidus temperature at the concentration C0, and Tsce is the solidus temperature at the concentration Ce.

【0043】凝固率の計算(ST808) 固相率(凝固率)fsi は、ある要素(鋳物要素)Ni
液相線温度Tl i での液相のエンタルピーHl i と、固
相線温度Ts i での固相のエンタルピーHs iと、その
要素Ni の平均的なエンタルピーHi とから求めること
ができる。すなわち、凝固率fsi は、次式(8)のよう
に、上記各エンタルピーHi ,Hs i ,Hl i の任意関
数fnで定義される。ただし、(8)式による定義は、要
素Ni の状態が液相線と固相線の間の半凝固状態に限ら
れる。 fsi =fn(Hi ,Hs i ,Hl i ) …(8) たとえば、具体的に凝固率fsi と各エンタルピーHi
Hs i ,Hl i とが線形関係にあるとした場合、上記
(8)式は次式(8-1) で表現できる。 fsi =1−(Hs −H)/(Hs −Hl ) …(8-1)
[0043] Calculation of the coagulation rate (ST 808) fraction solid (solidification rate) fs i includes enthalpy Hl i of the liquid phase in an element (casting element) N i liquidus temperature Tl i, solidus temperature solid phase and enthalpy Hs i of at ts i, can be determined from the average enthalpy H i of the element N i. That is, the solidification rate fs i, as the following equation (8), each of enthalpy H i, Hs i, is defined by the arbitrary function fn of Hl i. However, as defined by equation (8), the state of the elements N i is limited to semi-solid state between the liquidus and solidus. fs i = fn (H i, Hs i, Hl i) ... (8) for example, specifically coagulation factor fs i and the enthalpy H i,
If Hs i, and the Hl i was a linear relationship, equation (8) can be expressed by the following equation (8-1). fs i = 1− (Hs−H) / (Hs−Hl) (8-1)

【0044】温度場の計算(ST809) 液相共存状態における各要素Ni の温度Ti は、前記ST
805 で求めた各要素Ni のエンタルピーHi と、前記ST
807 で求めた液相線温度Tl i および固相線温度Ts i
と、前記ST808 で求めた凝固率fsi とを用いて、次式(9
-1) により算出する。 Ti =Ts i +(1−fsi )×(Tl i −Ts i ) …(9-1) また、固相および液相の場合は、それぞれ次式(9-2) ,
(9-3) により各要素Ni の温度Ti を算出する。 Ti =Hi /cpi (固相) …(9-2) Ti =(Hi +L)/cpi (液相) …(9-3) ここで、cpi は比熱、Lは潜熱である。
Calculation of Temperature Field (ST809) The temperature T i of each element N i in the coexisting state of the liquid phase is determined by the ST
And enthalpy H i of each element N i determined in 805, the ST
The liquidus temperature Tl i and the solidus temperature Ts i obtained in 807
When using a solidification rate fs i determined in the ST 808, the following equation (9
Calculated by -1). T i = Ts i + (1 -fs i) × (Tl i -Ts i) ... (9-1) In the case of solid and liquid phase, the following equations (9-2),
It calculates the temperature T i of each element N i by (9-3). T i = H i / cp i ( solid phase) ... (9-2) T i = (H i + L) / cp i ( liquid phase) (9-3) where, cp i is the specific heat, L is the latent heat It is.

【0045】液相濃度、固相濃度の計算(ST810) 液相濃度、固相濃度の計算は、前記ST808 で求めた凝固
率fsi 、前記ST806 で求めた平均濃度Cavを用いて行
う。本実施形態では、固相濃度Cs は平均濃度Cavや液
相濃度Cl t によらず一定としている。このため、時刻
t における液相濃度Cl t は、既に算出した凝固率fs
i と平均濃度Cavとを次式 (10) に代入することで一意
に決まる。 Cav=Cs ×fsi t +Cl t ×(1−fsi t ) …(10) なお、これ以外の方法としては、液相濃度Cl と固相濃
度Cs の比を分配係数として定義して求める方法があ
る。
The liquid phase concentration, calculated (ST 810) a liquid phase concentration of solid concentration, the solid phase concentration calculations are performed using the coagulation rate fs i calculated in ST 808, an average concentration Cav which has been determined by the ST806. In the present embodiment, the solid phase concentration Cs is constant regardless of the average density Cav and liquid phase concentrations Cl t. For this reason, the liquid phase concentration Clt at the time t is determined by the previously calculated solidification rate fs.
It is uniquely determined by substituting i and the average density Cav into the following equation (10). Cav = Cs × fs i t + Cl t × (1-fs i t) ... (10) As a method other than this, a method of obtaining defines the ratio of the liquid phase concentration Cl and the solid concentration Cs as the distribution coefficient There is.

【0046】共晶量(共晶率)の計算(ST811) 液相濃度Cl が共晶組成を超える場合、共晶組成の固相
の晶出があり、その場合の共晶量(共晶率)fse tは、
次式(11)により算出する。 fse t=fse t-1+(Cl t-1−Ce )×(1−fs t )/ (Ce −Cs) …(11) ここで、fse tは時刻tにおける共晶率、fse t-1は時
刻t直前(1タイムステップ前)の共晶率、Cl t-1
時刻t直前(1タイムステップ前)の液相濃度、Cs は
固相濃度、Ce は共晶濃度、fsi t は時刻tにおける凝
固率である。
Calculation of eutectic amount ( eutectic ratio) (ST811) When the liquid phase concentration Cl exceeds the eutectic composition, a solid phase having the eutectic composition is crystallized. ) fse t is,
It is calculated by the following equation (11). fse t = fse t-1 + (Cl t-1 -Ce) × (1-fs t) / (Ce -Cs) ... (11) where KyoAkiraritsu in FSE t is the time t, FSE t-1 KyoAkiraritsu of time t immediately before (one time step previous), the liquid phase concentration of Cl t-1 at time t immediately before (one time step previous), Cs is the solid phase concentration, Ce the eutectic concentration, fs i t is This is the solidification rate at time t.

【0047】以上のST801 〜ST811 の各計算順位は、図
5のフローチャートに限定されず、従前の結果を利用す
る図7の関係を満たす限り、図3の第16ステップST1
6において組み替え可能である。たとえば、まず、ST80
1 に続いてST805 のエンタルピー及びST808 の凝固率を
計算しておき、その後、ST802 〜ST804 ,ST806 の順で
計算した後、ST807 の液相線温度等の計算を行い、最後
に、ST807 とST808 の結果からST809 の温度場及びST81
0 の液相濃度等の計算を行ってもよい。
The calculation order of each of the above ST801 to ST811 is not limited to the flowchart of FIG. 5, and the 16th step ST1 of FIG.
6 can be rearranged. For example, first, ST80
After step 1, the enthalpy of ST805 and the solidification rate of ST808 are calculated, and then the calculation is performed in the order of ST802 to ST804 and ST806. Then, the liquidus temperature of ST807 is calculated. Finally, ST807 and ST808 are calculated. From the results, the temperature field of ST809 and ST81
A calculation such as a liquid phase concentration of 0 may be performed.

【0048】また、流動凝固解析装置1のメインプロセ
ッサー3は、直接差分法を用いて解析を実行するが、解
析計算の手法としては、有限要素法やその他の方法を用
いることができる。さらに、微小要素の分割様式とし
て、図4に示す直行メッシュに限定されず、解析手段に
適した他の分割様式を用いることも可能である。
The main processor 3 of the flow solidification analyzer 1 executes the analysis using the direct difference method, but the finite element method or another method can be used as the analysis calculation method. Further, the division mode of the minute elements is not limited to the orthogonal mesh shown in FIG. 4, and another division mode suitable for the analysis means can be used.

【0049】第2実施形態 本実施形態は、凝固収縮による固相および液相の移動に
よる流れを考慮した場合である。図8は、本実施形態に
おけるメインプロセッサ3の概略構成図である。先に説
明した第1実施形態の図2と比較すると、流れ方程式を
解くための流れ解析手段8が付加されている。
Second Embodiment This embodiment is directed to a case in which a flow due to movement of a solid phase and a liquid phase due to coagulation contraction is considered. FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the main processor 3 in the present embodiment. As compared with FIG. 2 of the first embodiment described above, a flow analysis means 8 for solving a flow equation is added.

【0050】図9は、本実施形態の解析モデルに定義さ
れた各パラメータを示す説明図である。この図9に示す
ように、本実施形態における流動凝固解析方法の特徴
は、溶湯の合金成分濃化および引き巣生成の解析が可能
なように、各要素を固相および液相(固相率fs,液相率
fl)のほかに、空隙(空隙率por )で把握し、さら
に、例えば2元合金の場合に、その各要素の固相と液相
それぞれについて、溶質元素の濃度を液相濃度Cl 、固
相濃度Cs とし、また、必要に応じて、固相の一部を共
晶とすることで共晶率fse 、共晶組成Ce として把握
し、各要素または要素の境界ごとに圧力P、速度vをも
つことにある。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing each parameter defined in the analysis model of this embodiment. As shown in FIG. 9, the feature of the flow solidification analysis method in the present embodiment is that each element is composed of a solid phase and a liquid phase (solid phase ratio) so that the analysis of the enrichment of the alloy component of the molten metal and the formation of the cavity can be performed. fs, liquid phase ratio fl) and the voids (porosity por), and, for example, in the case of a binary alloy, the concentration of solute elements in the solid phase and liquid phase of each element is determined by the liquid phase The eutectic ratio fse and the eutectic composition Ce are obtained by making the concentration Cl and the solid phase concentration Cs, and, if necessary, making a part of the solid phase eutectic. P, speed v.

【0051】本解析方法の全体の流れを示すフローチャ
ートは、第8ステップST8 の内容を除き、図2と同様で
ある。ただし、第4ステップST4 の初期設定では、上記
した解析モデルの相違に応じて、各要素ごとに、液相、
固相、空隙、必要であれば共晶について行われる。すな
わち、ここでは、各要素Ni の温度T、エンタルピー
H、固相率fs、液相率fl、共晶率fse 、空隙率por 、
固相濃度Cs 、液相濃度Cl 、共晶組成Ce 、平均濃度
Cavが初期設定される。
The flowchart showing the entire flow of the analysis method is the same as that of FIG. 2 except for the contents of the eighth step ST8. However, in the initial setting of the fourth step ST4, the liquid phase, the liquid phase,
Performed on solid phase, voids and, if necessary, eutectic. In other words, in this case, the temperature T of each element N i, enthalpy H, solid fraction fs, the liquid phase ratio fl, KyoAkiraritsu FSE, porosity por,
Initially, a solid phase concentration Cs, a liquid phase concentration Cl, a eutectic composition Ce, and an average concentration Cav are set.

【0052】以下、第8ステップST8 の流動凝固解析計
算の内容を詳述する。図6は、この場合の第8ステップ
ST8 の内容を詳示したフローチャート、図7は、流動凝
固解析の算出値の相関図である。本凝固解析計算では、
図7に示すように、任意の時刻tにおいて各濃度Ni
定義されているエンタルピーHi 、温度Ti 、凝固率fs
i 、液相濃度Cl i 、平均濃度Cav、空隙率por から、
熱伝導法的式、流れ方程式、溶質移動方程式を解いて、
圧力P、速度v、パラメータDi-j 、パラメータSIな
どを中間変数として求め、新たなエンタルピーHi 、温
度Ti 、凝固率fsi 、液相濃度Cl i 、平均濃度Cav、
および空隙率por を算出することとしている。なお、以
下では、前述した第1実施形態と重複するステップに
は、ステップ符号の対応関係のみ示し(…ST8XX )、そ
の説明を省略する。また、内容的には一部重複する場
合、計算方法が異なる場合は、符号の対応関係を示した
うえで異なる箇所のみ記述する。
Hereinafter, the contents of the flow solidification analysis calculation in the eighth step ST8 will be described in detail. FIG. 6 shows the eighth step in this case.
FIG. 7 is a flowchart detailing the contents of ST8, and FIG. 7 is a correlation diagram of the calculated values of the flow solidification analysis. In this solidification analysis calculation,
As shown in FIG. 7, enthalpy is defined in each concentration N i at any time t H i, the temperature T i, the solidification rate fs
i , liquid phase concentration Cl i , average concentration Cav, porosity por
Solve the heat conduction law equation, flow equation, solute transfer equation,
The pressure P, velocity v, parameter D ij , parameter SI, etc. are determined as intermediate variables, and new enthalpies H i , temperatures T i , solidification rates f i , liquid phase concentrations C i i , average concentrations C av,
And the porosity por are calculated. In the following, in the steps overlapping with the above-described first embodiment, only the correspondence of step codes is shown (... ST8XX), and the description thereof will be omitted. In addition, when the contents partially overlap, or when the calculation methods are different, only the different portions are described after indicating the correspondence of the codes.

【0053】要素間の熱移動量の計算 (ST821)
…ST801
Calculation of heat transfer between elements (ST821)
… ST801

【0054】鋳物要素のエンタルピー、型温度の計算
(ST822) …ST805 伝熱凝固計算法として、第1実施形態と同様にエンタル
ピー法を用いており、鋳物要素のエンタルピーHi は、
前記(5)式により計算する。一方、鋳物要素以外の温
度の変化する要素の温度は、同様に次式(2-4) により計
算する。 Tj t =Tj t-1 +(Σqj)/ρj /cpj /Uj …(2-4) ここで、Tj は要素Ni (この場合、鋳物以外の要素)
の温度、Σは要素Njに接する要素に関する総和、cpj
は要素Nj の比熱を示す。
Calculation of enthalpy and mold temperature of casting element
As (ST822) ... ST805 heat transfer solidification calculation method, and using the enthalpy method as in the first embodiment, the enthalpy H i of the casting element,
It is calculated by the above equation (5). On the other hand, the temperature of the element whose temperature changes other than the casting element is similarly calculated by the following equation (2-4). T j t = T j t -1 + (Σq j ) / ρ j / cp j / U j (2-4) where T j is an element N i (in this case, an element other than a casting)
Is the sum of the elements that touch the element N j , cp j
Denotes the specific heat of the elements N j.

【0055】固相率(凝固率)の計算(ST823)
…ST808 固相率(凝固率)fsi は、ある要素(鋳物要素)Ni
液相線温度Tl i での液相のエンタルピーHl(Tl i ,
Cavi ) と、固相線温度Ts i での固相のエンタルピー
Hs(Ts i , Cavi ) と、その要素の平均エンタルピー
i とから求めることができる。 fsi =(Hl(Tl i , Cavi ) −Hi ) / (Hl(Tl i , Cavi ) −Hs(Ts i , Cavi )) …(3-5) ここで、fsi は要素Ni の固相率(凝固率)、Hi は要
素Ni のエンタルピー、Tl i は、要素Ni の液相線温
度、Ts i は要素Ni の固相線温度、Cavi は要素Ni
の平均濃度、Hl(Tl i , Cavi ) は温度Tl i で平均
濃度Cavi の液相のエンタルピー、Hs(Ts i , Ca
vi ) は温度Ts i で平均濃度Cavi の固相のエンタル
ピーを示す。
Calculation of solid fraction (coagulation rate) (ST823)
... ST 808 solid fraction (solidification rate) fs i is an element enthalpy of the liquid phase in the (casting element) N i liquidus temperature Tl i Hl (Tl i,
Cav i ), the solid phase enthalpy Hs (Ts i , Cav i ) at the solidus temperature Ts i , and the average enthalpy H i of the element. fs i = (Hl (Tl i , Cav i) -H i) / (Hl (Tl i, Cav i) -Hs (Ts i, Cav i)) ... (3-5) here, fs i elements N solid fraction of i (solidification rate), H i is the enthalpy of the elements N i, Tl i, the element N i liquidus temperature, Ts i is the solidus temperature of the element N i, Cav i elements N i
Average density, Hl (Tl i, Cav i ) the enthalpy of the liquid phase average density Cav i at temperature Tl i, Hs (Ts i, Ca of
v i) denotes the enthalpy of the solid phase of the average density Cav i at temperature Ts i.

【0056】固相・液相・空隙・共晶の体積率の計算、
収縮速度の計算(ST824) 凝固が進行し、液相が固相に変化すると、凝縮収縮に伴
い空隙が生成される。各要素の固相の体積率vos 、液相
の体積率vol 、各要素に生成される空隙の体積率por
は、次式で算出できる。 vos =gt×fs/ρs …(4-1) vol =gt× (1−fs) …(4-2) por =1−vos −vol …(4-3) ここで、vos は、要素内に占める固相の体積率、vol は
要素内に占める液相の体積率、por は要素内に占める空
隙の体積率、gtは要素の液相率が1の場合gt=1として
定義された要素の比重、ρs は液相の比重を1とした場
合の固相の比重を示す。また、タイムステップΔt 間の
収縮速度は、次式で求められる。 fv = (por t −por t-1)×U/Δt …(4-4) ここで、fvは体積収縮速度、por t は時刻tでの空隙
率、por t-1 は時刻t直前の時刻での空隙率、Uは要素
の体積を示す。
Calculation of solid / liquid phase / void / eutectic volume fraction,
Calculation of shrinkage speed (ST824) When solidification progresses and the liquid phase changes to a solid phase, voids are generated due to condensation and shrinkage. The volume fraction vos of the solid phase of each element, the volume fraction vol of the liquid phase, the volume fraction por of the void generated in each element
Can be calculated by the following equation. vos = gt × fs / ρ s (4-1) vol = gt × (1-fs) (4-2) por = 1−vos−vol (4-3) where vos is an element , Vol is the volume ratio of the liquid phase in the element, por is the volume ratio of the void in the element, and gt is the element defined as gt = 1 when the liquid phase ratio of the element is 1. Ρ s indicates the specific gravity of the solid phase when the specific gravity of the liquid phase is 1. The contraction speed during the time step Δt is obtained by the following equation. fv = (por t -por t- 1) × U / Δt ... (4-4) where, fv is the volumetric shrinkage rate, porosity in por t time t, por t-1 time t just before time The porosity in, U indicates the volume of the element.

【0057】有効移動断面積率の計算(ST825)
…ST802 第1実施形態の要素Ni と要素Nj 間の有効移動断面積
率fci-j を表す式(2-1) 〜(2-3) は、上記ST824 で求め
た各要素の固相の体積率vos を用いて次式で表すことが
できる。 fc i-j=1−vos i , 又は1−vos j …(5-1) fc i-j=1−max (vos i ,vos j ) …(5-2) fc i-j=1− (vos i +vos j ) /2 …(5-3)
Calculation of effective moving area ratio (ST825)
... ST 802 expression for the effective movement cross-sectional area ratio fc ij between the elements N i and element N j of the first embodiment (2-1) to (2-3), each element obtained above ST824 solid phase It can be expressed by the following equation using the volume ratio vos. fc ij = 1−vos i or 1−vos j (5-1) fc ij = 1−max (vos i , vos j ) (5-2) fc ij = 1− (vos i + vos j ) / 2… (5-3)

【0058】液相濃度、固相濃度、共晶率、平均濃度の
計算(ST826) …ST806,ST810,ST811 本実施形態では、固相濃度は、温度、濃度、位置、時間
等によらず、一定としている。時刻tにおける液相濃度
Cl t は、時刻tにおける凝固率fst と、直前の時刻
(1タイムステップ前の時刻)の凝固率fst-1 、液相濃
度Cl t-1 から次式で算出する。 Cl t =Cl t-1 + (Cl t-1 −Cs)×(fs t −fst-1)/ (1−fs) …(6-1) ここで、Cl t は時刻tにおける液相濃度、Cl t-1
時刻t直前の時刻での液相濃度の値、Cs は固相濃度
(本実施形態では、定数)を示す。上記、式(6-1) の計
算で、液相濃度が、予め設定した濃度を超える場合、超
える部分に相当する固相は、濃度の高い共晶として晶出
すると仮定することができる。この場合、共晶として晶
出する固相の割合(共晶率fse )は、次式で算出でき
る。 fse t =fse t-1 + (Cl t-1 −Ce)× (1−fst ) / (Ce −Cs) …(6-2) ここで、fse t は時刻tにおける共晶率、fse t-1 は時
刻t直前(1タイムステップ前)の時刻での共晶率、C
e は共晶の濃度(本実施形態では、定数)を示す。ま
た、上記式(6-1),(6-2) の結果を用い、各要素の平均濃
度Cavを次式(6-3)で求めることができる。 Cav=Cs ×(fs −fse)+Ce ×fse +Cl × (1−fs) …(6-3) 本実施形態では、固相濃度Cs 、共晶濃度Ce を定数と
したが、何らかの関係式を追加することにより、変数と
してとり扱うこともできる。たとえば、固相の濃度Cs
は、液相と固相の実効分配係数keとして、 Cs =ke×Cl …(6-4) で求めることができる。
The liquid phase concentration, solid phase concentration, eutectic ratio and average concentration
Calculation (ST826 ) ST806, ST810, ST811 In the present embodiment, the solid phase concentration is constant regardless of the temperature, concentration, position, time, and the like. Liquid phase concentration Cl t at time t is calculated and solidification rate fs t at time t, solidification rate fs t-1 of the previous time (one time step before time), from the liquid phase concentration Cl t-1 by the following formula I do. Cl t = Cl t-1 + (Cl t-1 -Cs) × (fs t -fs t-1) / (1-fs) ... (6-1) , where the liquid phase concentration of Cl t time t , Clt -1 represents the value of the liquid phase concentration immediately before time t, and Cs represents the solid phase concentration (in the present embodiment, a constant). In the calculation of the above equation (6-1), when the liquid phase concentration exceeds the preset concentration, it can be assumed that the solid phase corresponding to the excess portion crystallizes as a eutectic having a high concentration. In this case, the ratio of the solid phase crystallized as a eutectic (eutectic rate fse) can be calculated by the following equation. fse t = fse t-1 + (Cl t-1 -Ce) × (1-fs t) / (Ce -Cs) ... (6-2) where KyoAkiraritsu in FSE t is the time t, FSE t -1 is the eutectic ratio at the time immediately before time t (one time step before), C
e indicates a eutectic concentration (a constant in the present embodiment). Using the results of the above equations (6-1) and (6-2), the average density Cav of each element can be obtained by the following equation (6-3). Cav = Cs × (fs−fse) + Ce × fse + Cl × (1−fs) (6-3) In the present embodiment, the solid phase concentration Cs and the eutectic concentration Ce are constants, but some relational expression is added. By doing so, it can be treated as a variable. For example, the solid phase concentration Cs
Can be obtained as Cs = ke × Cl (6-4) as an effective partition coefficient ke between the liquid phase and the solid phase.

【0059】流れ速度、圧力の計算(ST827) 本流動凝固解析で行う流れ計算は、凝固収縮を補填する
流れであり、固相と液相が共存する中での流れである。
こういった条件下での流れの解析としては、いくつか解
析例があるが、本実施形態では、比較的計算時間が短
く、現実の固相液相共存域でのながれを精度よく表現す
ることのできる、ダルシー流れとして取り扱った。ダル
シー流れの基礎方程式を、次式(7-3) に示す。 ▽P=−Ak・V …(7-3) ここで、▽Pは圧力勾配(ベクトル)、Vは速度(ベク
トル)、Akの部分は透過率と粘性と液相率からなるパ
ラメータである。Akを形作る変数は、本解析で扱って
いる流れでは、透過率、粘性、液相率ともに固相率fsで
表現できるので、Akを、固相率fsの関数として、次式
(7-4) の形式で取り扱う。 Ak=fnl(fs) …(7-4) ここで、fnlは任意の関数を表し、fnlの形態の例とし
て、本実施形態では次式(7-5) を採用した。 fnl(fs)=0.01(flim +0.1 −fs) /(flim +0.1) …(7-5) さらに、流体の物質保存の関係式として、次式(7-6) が
満たされなければならない。 ▽・V=fv …(7-5) ここで、▽・Vは速度成分の涌きだしを示し、fvは式(4
-4) で求めた収縮速度である。速度および圧力は、式(7
-3) と(7-5) を連立して解くことにより、求めることが
できる。本実施形態以外にも、流れ方程式として、ナヴ
ィエーストークスの式など、別の流れを仮定して解く方
法もある。また、本実施形態では、重力を無視して解析
を行ったが、重力や対流を考慮に入れた解析を行って
も、同様の方法で解析可能である。
Calculation of Flow Velocity and Pressure (ST827) The flow calculation performed in this flow solidification analysis is a flow for compensating for solidification shrinkage, and is a flow in which a solid phase and a liquid phase coexist.
There are several examples of flow analysis under these conditions, but in this embodiment, the calculation time is relatively short, and the flow in the actual solid-liquid coexistence region must be accurately represented. Was treated as a Darcy flow. The basic equation of Darcy flow is shown in the following equation (7-3). ▽ P = −Ak · V (7-3) where ▽ P is a pressure gradient (vector), V is a velocity (vector), and Ak is a parameter consisting of transmittance, viscosity, and liquid phase rate. The variables that form Ak can be expressed in terms of solid phase fraction fs in terms of permeability, viscosity, and liquid phase fraction in the flow handled in this analysis.
Handle in the form of (7-4). Ak = fnl (fs) (7-4) Here, fnl represents an arbitrary function, and the following equation (7-5) is employed in the present embodiment as an example of the form of fnl. fnl (fs) = 0.01 (flim + 0.1−fs) / (flim + 0.1)… (7-5) Furthermore, as a relational expression of material preservation of fluid, if the following expression (7-6) is not satisfied No. ▽ · V = fv (7-5) Here, ▽ · V indicates the start of the velocity component, and fv is expressed by the formula (4
-4) This is the shrinkage speed obtained in. The speed and pressure are given by the equation (7
It can be obtained by solving -3) and (7-5) simultaneously. In addition to the present embodiment, there is a method of assuming another flow as a flow equation such as the Navier-Stokes equation. Further, in the present embodiment, the analysis is performed ignoring the gravity, but the analysis can be performed in the same manner even if the analysis is performed in consideration of the gravity and the convection.

【0060】要素間の固相液相移動係数(パラメータS
I)の計算(ST828) ST827 で凝固中の鋳物の流れの解析を行った。本来、こ
の流れは液相の流れである。しかし、実際の鋳物の凝固
途中では、液相だけでなく固相も移動している場合があ
る。本解析では、固相の移動を簡便な手段で見積もる手
段として、固相液相移動係数(パラメータSI)を導入
した。パラメータSIは、流れの中での液相と固相の移
動量の比率を表すもので、SI=0の場合液相のみが移
動し、SI=1の場合液相と固相とがそれぞれの体積率
と同比率で移動し、SIが0と1の中間の値をとった場
合、SIの値によって移動する固相と液相の比率を変化
されるものである。詳しい式は、後述する(ST832) 。本
実施形態では、SIを速度V、要素の凝固率fs、有効移
動断面積率fc(凝固率、液相率に対応している)、圧
力、凝固率勾配の関数とした。形式としては、次式(8-
2) となる。 SIi-j =fn2(V, fs, fc, P, …) …(8-2)
The solid-liquid phase transfer coefficient between the elements (parameter S
Calculation of I) (ST828) The flow of the casting during solidification was analyzed in ST827. Essentially, this flow is a liquid phase flow. However, during solidification of an actual casting, not only the liquid phase but also the solid phase may move. In this analysis, a solid-phase liquid phase transfer coefficient (parameter SI) was introduced as a means for estimating the movement of the solid phase by simple means. The parameter SI represents the ratio of the movement amount of the liquid phase and the solid phase in the flow. When SI = 0, only the liquid phase moves, and when SI = 1, the liquid phase and the solid phase When the volume ratio moves at the same ratio and the SI takes an intermediate value between 0 and 1, the ratio between the moving solid phase and the liquid phase is changed according to the SI value. The detailed formula will be described later (ST832). In the present embodiment, SI is a function of the velocity V, the solidification rate fs of the element, the effective moving area ratio fc (corresponding to the solidification rate and the liquid phase rate), the pressure, and the solidification rate gradient. The format is as follows (8-
2) SI ij = fn2 (V, fs, fc, P, ...) (8-2)

【0061】要素間の溶質移動係数(パラメータD)の
計算(ST829) …ST803 前記第1実施形態では、溶質元素の移動のしやすさを表
す移動係数Dを、凝固率fs、鋳造開始からの時刻tおよ
び凝固時間tfの関数として表現した(式(3))。本実
施形態では、次式(9-4) に示すように、溶質移動係数D
を、更に流れ速度∨、有効移動断面積率fc(凝固率、液
相率に対応している)、圧力P、上記ST828 で示したパ
ラメータSIの関数とした。 D=fn3(V,fs,fc,P,SI,…) …(9-4) さらに説明を加えると、溶質移動係数Dは、凝固中の流
れという複雑な固相形状中の流れを、比較的単純な流れ
の式で近似した場合の誤差を修正するための補正係数に
あたる。すなわち、流れの速い領域では、凝固率の高い
部分から、凝固率の低い部分に向かって、濃度の高い溶
液が絞り出されるように集中する、という現象に対応し
ている。なお、こういった濃度差に比例した溶質の移動
は生じず、溶質の濃化は流れによる液相および固相の移
動のみで生じると仮定した場合、この計算でD=0とす
ればよい。
The solute transfer coefficient (parameter D) between elements
Calculation (ST829) ... ST803 In the first embodiment, the transfer coefficient D representing the ease of movement of the solute element is expressed as a function of the solidification rate fs, the time t from the start of casting, and the solidification time tf (formula ( 3)). In the present embodiment, as shown in the following equation (9-4), the solute transfer coefficient D
Is a function of the flow velocity ∨, the effective moving area ratio fc (corresponding to the solidification rate and the liquid phase rate), the pressure P, and the parameter SI shown in ST828. D = fn3 (V, fs, fc, P, SI,...) (9-4) To further explain, the solute transfer coefficient D is a comparison of the flow in a solid phase, which is the flow during solidification. It is a correction coefficient for correcting an error when approximated by a simple flow equation. In other words, in a region where the flow is fast, the phenomenon corresponds to a phenomenon that a solution having a high concentration is concentrated so as to be squeezed out from a portion having a high coagulation rate to a portion having a low coagulation rate. In addition, if it is assumed that the solute does not move in proportion to such a concentration difference and the solute is concentrated only by the movement of the liquid phase and the solid phase by the flow, D = 0 may be set in this calculation.

【0062】要素間の溶質移動量の計算(ST830)
…ST804
Calculation of solute transfer amount between elements (ST830)
… ST804

【0063】液相濃度、固相濃度、平均濃度の再計算(S
T831) …ST806,ST810 前記ST830 で要素間の溶質の移動量を計算したので、そ
の結果、要素の濃度に変化が生じている。本ステップで
は、次ステップST832 で固相、液相の移動を計算する前
に、各相の濃度を再計算(更新)する。本実施形態で
は、固相の濃度は一定であり、前記ST830 でも固相部分
の溶質の移動を考慮していない。液相濃度は、次式(11-
1)式により、また平均濃度は前記ST826 の式(6-3) によ
り再計算(更新)する。 Cl i t =Cl i t-1 +(Σcj)/Ui /vol i …(11-1) ここで、Cl i t は要素Ni の時刻tにおける液相濃
度、Cl i t-1 は要素Ni の時刻t直前の液相濃度、Σ
は要素Ni に接する要素に関する総和、Ui は要素Ni
の体積、vol i は要素Ni の液相の体積率を示す。
Recalculation of liquid phase concentration, solid phase concentration and average concentration (S
T831) ... ST806, ST810 Since the amount of solute transfer between the elements was calculated in ST830, the element concentrations changed as a result. In this step, the concentration of each phase is recalculated (updated) before calculating the movement of the solid phase and the liquid phase in the next step ST832. In this embodiment, the concentration of the solid phase is constant, and the ST830 does not consider the transfer of solute in the solid phase. The liquid phase concentration is given by the following equation (11-
The average concentration is recalculated (updated) according to the equation (1) and the equation (6-3) of ST826. C i t = C i t -1 + (Σc j) / U i / vol i (11-1) where C l i t is the liquid phase concentration at time t of element N i , and C l i t-1 is the element Liquid phase concentration immediately before time t of Ni, i
Is the sum of the elements in contact with the element N i , and U i is the element N i
Volume, vol i denotes the volume fraction of the liquid phase component N i.

【0064】要素間の固相・液相移動量の計算(ST832) 要素間の固相および液相の移動量の計算は、ST827 で求
めた速度∨と、ST825で求めた有効移動断面積率fci-j
と、ST828 で求めた固相液相移動係数(パラメータS
I)などから求める。すなわち、パラメータSI=0の
場合、流れるのは液相のみであるが、SI>0の場合、
SIの値に応じて、液相および固相の両方が移動する。 SSi-j =vi-j ×fci-j ×Si-j ×Δt ×SIi-j ×vos i-j / (1−por i-j ) …(12-1) SF i-j=vi-j ×fci-j ×Si-j ×Δt −SSi-j …(12-2) SE i-j=SSi-j ×(fse i-j/fsi-j ) …(12-3) ここで、SSi-j は微小時間(=タイムステップ)Δt 間
に、要素Ni から要素Nj に流れによって移動する固相
の量(体積)、vi-j は要素Ni と要素Nj との界面に
おける界面に垂直な方向の速度成分、SFi-j は微小時間
(=タイムステップ)Δt 間に、要素Ni から要素Nj
に流れによって移動する液相の量(体積)、SEi-j は微
小時間(=タイムステップ)Δt 間に、要素Ni から要
素Nj に流れによって移動する共晶の量(体積)を示
す。また、vos i-j 、por i-j 、fse i-j 、fsi-j は、
それぞれ、固相体積率、空隙率、共晶率、固相率である
が、いずれも、要素Ni と要素Nj の境界上での値なの
で、要素Ni と要素Nj の平均的な値を用いるか、また
は、vi-j が正のときの要素Ni の値を用いvi-j が負
のとき要素Nj の値を用いるといった手法で誤差を小さ
くするのがよい。
Calculation of solid / liquid phase transfer between elements (ST832) Calculation of solid / liquid phase transfer between elements is based on the velocity ∨ determined in ST827 and the effective transfer area ratio determined in ST825. fc ij
And the solid-liquid phase transfer coefficient (parameter S
I). That is, when the parameter SI = 0, only the liquid phase flows, but when SI> 0,
Depending on the value of SI, both the liquid phase and the solid phase move. SS ij = v ij × fc ij × S ij × Δt × SI ij × vos ij / (1-por ij ) (12-1) SF ij = v ij × fc ij × S ij × Δt −SS ij (( 12-2) SE ij = SS ij × (fse ij / fs ij) ... (12-3) wherein, SS ij is between the minute time (= time step) Delta] t, by the flow from the element N i to the element N j the amount of movement to the solid phase (by volume), v ij elements N i and element N interface in a direction perpendicular velocity component at the interface between the j, SF ij is between the minute time (= time step) Delta] t, the element N i From the element N j
The amount of liquid phase to be moved by the flow (volume), the between SE ij is the short time (= time step) Delta] t, indicates the amount of eutectic moving by the flow from the element N i in the element N j (volume). Vos ij , por ij , fse ij , fs ij are
Each solid phase volume ratio, porosity, KyoAkiraritsu, is a solid fraction, either, since the value on the boundary of the element N i and element N j, of the average of the elements N i and element N j It is preferable to reduce the error by using a value, or by using a value of the element N i when v ij is positive and using a value of the element N j when v ij is negative.

【0065】液相濃度、固相濃度、平均濃度、液相率、
固相率、共晶率、液相体積率、固相体積率、共晶体積
率、空隙率の再計算(ST833) 前記ST832 で各要素間の液相、固相の移動を計算したた
め、ST832 以前と比べて、各要素の固相体積率vos 、液
相体積率vol 、共晶体積率vose、空隙率por 、固相率f
s、液相率fl、共晶率fse に変化が生じている。また、
液相、固相の移動に付随する形で溶質も移動するので、
液相の濃度Cl 、平均濃度Cavも変化する。それぞれの
値の計算、再計算(更新)をするための式は以下の式(1
3-1)〜(13-8)で与えられる。 vose =vos ×(fse/fs) + (ΣSE) …(13-1) vos t =vos t-1 + (ΣSS) /U …(13-2) vol t =vol t-1 + (ΣSF) /U …(13-3) por =1−vol −vos …(13-4) Cl t =((Cl t-1 ×vol t-1)+ (ΣSF×Cl t-1)) /vol t …(13-5) fs t =vos ×ρs /(vos×ρs +vol) …(13-6) fse =(vose /vos)×fs …(13-7) Cav =Cs × (fs−fse)+Ce ×fse +Cl × (1−fs) …(13-8) なお、式(13-8)は、前記の式(11-2)と同一である。ま
た、本実施形態では無視しているが、固相、液相の移動
により、エンタルピーにも変化が生じると考えられる。
その場合、エンタルピーに関しても本ステップで計算し
たのと同様に移動量を見積もり、再計算(更新)を行う
とよい。
The liquid phase concentration, solid phase concentration, average concentration, liquid phase ratio,
Solid phase ratio, eutectic ratio, liquid phase volume ratio, solid phase volume ratio, eutectic volume
Recalculation of the porosity and porosity (ST833) Because the movement of the liquid phase and the solid phase between each element was calculated in ST832, the solid phase volume ratio vos and the liquid phase volume ratio vol of each element were compared with those before ST832. Crystal volume fraction vose, porosity por, solid fraction f
s, liquid phase ratio fl, and eutectic ratio fse change. Also,
The solute also moves in a form accompanying the movement of the liquid phase and solid phase,
The liquid phase concentration Cl and the average concentration Cav also change. The formula for calculating and recalculating (updating) each value is as follows:
3-1) to (13-8). vose = vos × (fse / fs ) + (ΣSE) ... (13-1) vos t = vos t-1 + (ΣSS) / U ... (13-2) vol t = vol t-1 + (ΣSF) / U ... (13-3) por = 1 -vol -vos ... (13-4) Cl t = ((Cl t-1 × vol t-1) + (ΣSF × Cl t-1)) / vol t ... ( 13-5) fs t = vos × ρ s / (vos × ρ s + vol) ... (13-6) fse = (vose / vos) × fs ... (13-7) Cav = Cs × (fs-fse) + Ce × fse + Cl × (1-fs) (13-8) Expression (13-8) is the same as Expression (11-2). Although ignored in the present embodiment, it is considered that the enthalpy changes due to the movement of the solid phase and the liquid phase.
In this case, it is preferable to estimate the amount of movement and recalculate (update) the enthalpy in the same manner as calculated in this step.

【0066】充填密度の計算(ST834) 本流動凝固解析では、凝固が進行し、液相が固相に変化
するときに凝固収縮が生じると仮定している。これは、
すなわち、固相と液相の密度に違いがあることを意味し
ている。前記ST832,ST833 で計算したように、要素間で
固相、液相の移動があり、各要素の液相と固相の量に変
化が生じたため、各要素の密度gtに変化が生じた。各要
素の密度gtは、次式(14)で与えられる。 gt =vos ×ρs +vol …(14) ここで、gtは要素の比重を表し、当該要素の液相体積率
vol =1であるとき、gt=1と定義する。ρs は固相の
比重で、液相を1としている。
Calculation of Packing Density (ST834) In this flow solidification analysis, it is assumed that solidification progresses and solidification shrinkage occurs when the liquid phase changes to a solid phase. this is,
That is, it means that there is a difference in density between the solid phase and the liquid phase. As calculated in ST832 and ST833, the solid phase and the liquid phase moved between the elements, and the amounts of the liquid phase and the solid phase of each element changed, so that the density gt of each element changed. The density gt of each element is given by the following equation (14). gt = vos × ρ s + vol ... (14) where, gt denotes the specific gravity of the elements, the liquid phase volume ratio of the element
When vol = 1, gt = 1 is defined. ρ s is the specific gravity of the solid phase, and the liquid phase is 1.

【0067】凝固時間の格納(ST835)
…ST807 本流動凝固解析結果から得られる重要な情報の1つが、
凝固時間である。凝固時間の定義として、ある要素の凝
固率がffに達するのみ要する時間とする。ただしffは、
0.0 <ff≦1.0 を満たす定数で、通常解析計算前に初期
設定で定義しておく。ある要素Ni は、解析終了時点
で、凝固時間としてたかだか1つの値tfi を持つ。解析
上の現時点での時刻がtであり、もし、当該要素Ni
凝固率が、 fs i t-1 <ff かつfsi t ≧ff …(15-1) という関係を満たすならば、このステップで、 tfi =t …(15-2) というデータを記録する。ここで、tfi は、要素Ni
の凝固時間を示す。
Storage of coagulation time (ST835)
… ST807 One of the important information obtained from the results of the flow solidification analysis is
The clotting time. The solidification time is defined as the time required for the solidification rate of a certain element to reach ff. Where ff is
It is a constant that satisfies 0.0 <ff ≦ 1.0, and is usually defined by default before analysis calculation. An element N i is the analysis end time point, with at most one of the values tf i as clotting time. Time in current on analysis is t, if the solidification rate of the element N i is, if satisfying the relation fs i t-1 <ff and fs i t ≧ ff ... (15-1 ), the In the step, data of tf i = t (15-2) is recorded. Here, tf i is an element N i
Shows the coagulation time.

【0068】液相線温度、固相線温度の計算(ST836)
…ST807 本実施形態では、各要素の液相線温度Tl 、固相線温度
Ts を、当該要素の平均濃度の関数であると仮定してい
る。これらは、次式(16-1),(16-2) で算出される。 Tl i = (Tl(C2)−Tl(Cl)) × (Cavi −C2)/ (C2 −C1)+Tl(C2) …(16-1) Ts i = (Ts(C2)−Ts(Cl)) × (Cavi −C2)/ (C2 −C1)+Ts(C2) …(16-2) ここで、Tl i は要素Ni の液相線温度、Ts i は要素
i の固相線温度、C1,C2 は任意の濃度(ただし、C
1 ≠C2 )、Cavi は要素Ni の平均濃度、Tl(Cl)は
平均濃度Cl の場合の液相線温度、Tl(C2)は平均濃度
C2 の場合の液相線温度、Ts(Cl)は平均濃度Cl の場
合の固相線温度であり、他も同様とする。Ts(C2)は平
均濃度C2 の場合の固相線温度を示す。
Calculation of liquidus temperature and solidus temperature (ST836)
... ST807 In this embodiment, it is assumed that the liquidus temperature Tl and the solidus temperature Ts of each element are functions of the average concentration of the element. These are calculated by the following equations (16-1) and (16-2). Tl i = (Tl (C2) -Tl (Cl)) × (Cav i -C2) / (C2 -C1) + Tl (C2) ... (16-1) Ts i = (Ts (C2) -Ts (Cl) ) × (Cav i -C2) / (C2 -C1) + Ts (C2) ... (16-2) wherein, Tl i is the liquidus temperature of the element N i, Ts i is the solidus temperature of the elements N i , C1, C2 are arbitrary concentrations (however, C
1 ≠ C2), Cav i is the average concentration of elements N i, Tl (Cl) is the liquidus temperature of the case of the average concentration Cl, Tl (C2) is the liquidus temperature of the case of the average concentration C2, Ts (Cl ) Is the solidus temperature when the average concentration is Cl, and the other conditions are the same. Ts (C2) indicates the solidus temperature at the average concentration C2.

【0069】凝固率の再計算(ST837) 前記ST832,ST833 で固相と液相の移動を考慮したため、
各要素で固相率fsとエンタルピーHの関係に矛盾が生じ
ている。また、本実施形態では考慮していないが、前記
ST832,ST833 でエンタルピーHの移動を考慮する場合も
同様に固相率fsとエンタルピーHの関係に矛盾が生じ
る。そこで、本実施形態では、エンタルピーHにあわせ
て固相率fsが更新されると仮定した。固相率fsは、次式
(17-1)〜(17-3)で求められる。 ・Hi >Hl i (要素Ni のエンタルピーHi がHl i より高い場合) fsi =0.0 …(17-1) ・Hi <Hs i (要素Ni のエンタルピーHi がHs i より低い場合) fs i =1.0 …(17-2) ・Hs i <Hi <Hl i (Hi がHl i とHs i の中間の値の場合) fs i = (Hl i −Hi ) / (Hl i −Hs i ) …(17-3) ただし、Hi =Hl ( Tl i ) =cpi ×Tl i +L …(17-4) Hs i =Hs ( Ts i ) =cpi ×Ts i …(17-5) ここで、Hl i は、要素Ni における、その時点の濃度
(Cavi ) 及び液相線温度( Tl i ) での液相のエンタ
ルピー、Hs i は、要素Ni における、その時点の濃度
( Cavi ) 及び固相線温度( Ts i ) での固相のエンタ
ルピーである。Tl i は、要素Ni における、その時点
の濃度Cavi での液相線温度、Ts i は、要素Ni にお
ける、その時点の濃度Cavi での固相線温度である。fs
i は、要素Ni の固相率(凝固率)、Ti は要素Ni
温度、cpi は要素Ni の比熱を示す。なお、式(17-3)
は、表現形式に違いはあるが、前記式(3-5) と同一な内
容を示すものである。
Recalculation of solidification rate (ST837) Since the movement of the solid phase and the liquid phase was considered in ST832 and ST833,
There is a contradiction in the relation between the solid fraction fs and the enthalpy H in each element. Although not considered in this embodiment,
In the case where the movement of enthalpy H is considered in ST832 and ST833, the relationship between the solid fraction fs and the enthalpy H is similarly contradictory. Therefore, in the present embodiment, it is assumed that the solid fraction fs is updated in accordance with the enthalpy H. The solid phase fraction fs is
It is obtained from (17-1) to (17-3). · H i> Hl i (if enthalpy element N i H i is greater than Hl i) fs i = 0.0 ... (17-1) · H i <Hs i ( element N i enthalpy H i of less than Hs i If) fs i = 1.0 ... (17-2 ) · Hs i <H i < If Hl i (H i is the intermediate value of Hl i and Hs i) fs i = (Hl i -H i) / (Hl i -Hs i) ... (17-3) However, H i = Hl (Tl i ) = cp i × Tl i + L ... (17-4) Hs i = Hs (Ts i) = cp i × Ts i ... ( 17-5) here, Hl i is the element N i, the concentration of that time
Enthalpy of (Cav i) and liquidus temperature liquid phase at (Tl i), Hs i is the element N i, the concentration at that time
(Cav i ) and the enthalpy of the solid phase at the solidus temperature (Ts i ). Tl i is the element N i, liquidus temperature at a concentration Cav i at that time, Ts i is the element N i, a solidus temperature of a concentration Cav i at that time. fs
i is the solid phase ratio of the elements N i (coagulation factor), T i is the temperature of the element N i, the cp i shows the specific heat of element N i. Equation (17-3)
Indicates the same content as in the above formula (3-5), although the expression form is different.

【0070】温度の計算(ST838)
…ST809 温度Tは、前記ST833 までに求められたエンタルピーか
ら算出され、次式(18-1),(18-2) で与えられる。ただ
し、固相と液相の混在する要素では、温度Tは、液相線
温度Tl 、固相線温度Ts 、および固相率(凝固率)fs
の関数であると考えらえ、前記ST837 で更新された固相
率fsと、前記ST836 で計算された液相線温度Tl 及び固
相線温度Ts と、任意の関数fn3 とを用いて、式(18-3)
の形式で求められる。 ・Hi >Hl i (要素Ni のエンタルピーHi がHl i より高い場合) Ti = (Hi −L) /cpi …(18-1) ・Hi <Hs i (要素Ni のエンタルピーHi がHs i より低い場合) Ti =Hi /cpi …(18-2) ・Hs i <Hi <Hl i (Hi がHl i とHs i の中間の値の場合) Ti =Ts i +fn4( fs i ,Tl i ,Ts i ) …(18-3) ここで、任意の関数fn4 の例として、次式(18-4),(18-
5) がよく用いられる。 Ti =Ts i +(1.0−fsi ) n × (Tl i −Ts i ) n …(18-4) fn4( fs i ,Tl i ,Ts i ) =( 1.0 −fsi ) n ×( Tl i −Ts i n …(18-5)
Calculation of temperature (ST838)
... ST809 The temperature T is calculated from the enthalpy obtained up to ST833, and is given by the following equations (18-1) and (18-2). However, in an element in which the solid phase and the liquid phase coexist, the temperature T is the liquidus temperature Tl, the solidus temperature Ts, and the solidus fraction (solidification rate) fs
Using the solid phase ratio fs updated in ST837, the liquidus temperature Tl and the solidus temperature Ts calculated in ST836, and an arbitrary function fn3, (18-3)
Is required in the form · H i> Hl i (enthalpy H i of the element N i is higher than Hl i) T i = (H i -L) / cp i ... (18-1) · H i <Hs i ( element N i enthalpy H if i is less than Hs i) T i = if H i / cp i ... (18-2 ) · Hs i <H i <Hl i (H i is the intermediate value of Hl i and Hs i) T i = Ts i + f n4 (fs i , T l i , Ts i ) (18-3) Here, as an example of an arbitrary function fn4, the following equations (18-4) and (18-
5) is often used. T i = Ts i + (1.0 -fs i) n × (Tl i -Ts i) n ... (18-4) fn4 (fs i, Tl i, Ts i) = (1.0 -fs i) n × (Tl i− Ts i ) n … (18-5)

【0071】なお、以上のST821 〜ST838 の計算順位
は、図10フローチャートに限定されず、従前の結果を
利用する図11の関係を満たす限り組みかえ可能であ
り、また、解析結果の手法や微小要素の分割様式に限定
もないことは、第1実施形態の場合と同様である。
Note that the calculation order of ST821 to ST838 is not limited to the flowchart of FIG. 10 and can be rearranged as long as the relationship of FIG. 11 using the previous result is satisfied. As in the first embodiment, there is no limitation on the element division mode.

【0072】[0072]

【実施例】【Example】

以下、さらに具体的に、本発明の実施例について説明す
る。第1実施例 本実施例では、第1実施形態で記述した凝固解析装置1
及び凝固解析方法を用い、図4に示すように、肉薄部を
2箇所に有する鋳物を凝固解析した場合である。解析モ
デルは、図4の如く直交メシュ状に要素分割を行い、各
要素Ni のパラメータを図5で定義した。その際、この
鋳物の湯口を図4の右側(図5では左側)に設定し、ま
た、加圧は溶湯注入後、最初の3秒間だけ行うこととし
た。
Hereinafter, examples of the present invention will be described more specifically. First Example In this example, the coagulation analyzer 1 described in the first embodiment was used.
As shown in FIG. 4, a casting having two thin portions is subjected to solidification analysis using a solidification analysis method. Analysis model performs elements divided into orthogonal Meshu shape as shown in FIG. 4, defining the parameters of each element N i in FIG. At this time, the gate of the casting was set on the right side of FIG. 4 (the left side in FIG. 5), and the pressurization was performed only for the first 3 seconds after the injection of the molten metal.

【0073】この条件で、図1及び図2に示す凝固解析
装置1を用い、図3及び図6のフローチャートにしたが
って凝固解析を行うと、図12に示すような平均濃度C
avの分布図が出力された。このような出力図が得られる
ので、本装置2による最終偏析位置は容易に判断でき
る。図12は濃度分布の最初の出力例である。最も濃度
が高い8.4〜8.8%の領域が広範囲に及んでおり、
この段階では最終偏析位置の特定はできない場合、さら
に、前述した図3のフローチャートに示した本解析方法
にしたがって、解析モデルや条件を入力し直し、さらに
濃度の表示目盛りの間隔を小さくする等して、解析を繰
り返すことになる。
Under these conditions, using the coagulation analyzer 1 shown in FIGS. 1 and 2 and performing coagulation analysis according to the flowcharts shown in FIGS. 3 and 6, the average concentration C shown in FIG.
The distribution map of av was output. Since such an output diagram is obtained, the final segregation position by the present apparatus 2 can be easily determined. FIG. 12 is a first output example of the density distribution. The highest concentration range of 8.4 to 8.8% covers a wide area,
If the final segregation position cannot be specified at this stage, the analysis model and conditions are re-input according to the analysis method shown in the flowchart of FIG. 3 described above, and the interval between the display scales of the concentration is further reduced. Analysis will be repeated.

【0074】図13は、温度分布Ti の出力結果を示
す。本実施例での条件では、温度分布から最終凝固(引
け巣)位置は、特定されなかった。
FIG. 13 shows an output result of the temperature distribution T i . Under the conditions in this example, the final coagulation (shrinkage cavity) position was not specified from the temperature distribution.

【0075】今回の実施例において、最終凝固(引け
巣)位置を容易に特定できる程度の分布状況を呈したの
は、等凝固時間分布であった。図14は、この等凝固時
間分布の出力結果を、従来の凝固解析手法による場合と
比較して示す。また、図15には、上記解析後に実際に
製造した鋳造品の写真と、その説明図とを示す。最終凝
固位置に引け巣ができるという考え方からすると、図1
4(b)に示す従来の解析による等凝固時間分布では、
反湯口側のA0 で示した最終凝固位置からは予測できな
い位置に、図15に示すように、実際の引け巣が生成し
ていることが判る。
In the present embodiment, the distribution of equicoagulation time was such that the final coagulation (shrinkage cavity) position could be easily specified. FIG. 14 shows the output result of the uniform coagulation time distribution in comparison with the case of the conventional coagulation analysis method. FIG. 15 shows a photograph of a cast product actually manufactured after the above analysis and an explanatory diagram thereof. From the viewpoint that shrinkage cavities are formed at the final coagulation position,
In the isocoagulation time distribution according to the conventional analysis shown in FIG.
As shown in FIG. 15, it can be seen that an actual shrinkage cavity is formed at a position which cannot be predicted from the final solidification position indicated by A0 on the side of the wick, as shown in FIG.

【0076】これに対し、本発明の方法を用いて得られ
た図14(a)の等凝固時間分布では、反湯口側の最終
凝固位置A1 ,A2 付近に、実際の引け巣も生成してお
り、その位置を予測している。また、偏析位置に至って
は、その位置および形状を精度よく予測している。この
結果から、本発明の有効性が確認できた。
On the other hand, in the isocoagulation time distribution of FIG. 14A obtained by using the method of the present invention, actual shrinkage cavities are also generated near the final coagulation positions A1 and A2 on the side of the gate. And predicts its location. In addition, the position and shape of the segregation position are accurately predicted. From these results, the effectiveness of the present invention was confirmed.

【0077】第2実施例 本実施例は、上記第1実施例と同様な解析を、前述した
第2実施形態に示す凝固解析装置及び凝固解析方法を用
いて実行した場合である。解析モデルおよび鋳造条件は
第1実施例と同じとし、図1及び図8に示す凝固解析装
置1を用い、図3及び図10のフローチャートにしたが
って凝固解析を行うと、図16に示すような平均濃度C
avの分布図が出力された。
SECOND EXAMPLE In this example, the same analysis as in the first example is performed using the coagulation analyzer and the coagulation analysis method described in the second embodiment. When the analysis model and the casting conditions are the same as those in the first embodiment, and the solidification analysis is performed using the solidification analysis apparatus 1 shown in FIGS. 1 and 8 according to the flowcharts in FIGS. 3 and 10, the average as shown in FIG. 16 is obtained. Concentration C
The distribution map of av was output.

【0078】図16では、最も濃度が高い8.5%以上
の領域A3 が、図15に示す実際の鋳造品における偏析
位置とほぼ対応している。この結果、凝固収縮による固
相及び液相の流れを考慮した第2実施形態の解析方法
は、この流れを考慮していない第1実施形態の解析方法
に比較して、解析精度が向上していることが確認でき
た。
In FIG. 16, the region A3 having the highest concentration of 8.5% or more substantially corresponds to the segregation position in the actual cast product shown in FIG. As a result, the analysis method of the second embodiment in which the flow of the solid phase and the liquid phase due to coagulation shrinkage is considered has improved analysis accuracy compared to the analysis method of the first embodiment in which this flow is not considered. Was confirmed.

【0079】第3実施例 本実施例では、第1実施形態の装置及び解析方法を用い
て、コンプレッサー部品のスクロール渦巻き体の偏析を
改善した例を示す。図17は、スクロール渦巻き体の概
略構成図である。このスクロール渦巻き体10は、JI
S規格のAC8C合金を使用し、スクイズキャスト法で
鋳造したものである。
Third Example In this example, an example is shown in which the apparatus and the analysis method of the first embodiment are used to reduce the segregation of the scroll scroll of the compressor component. FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a scroll spiral. This scroll scroll 10 is made of JI
It is an S8 standard AC8C alloy cast by squeeze casting.

【0080】図17(b)に示す湯口位置をBとした鋳
造方案では、その鋳造品の渦巻き中心部分に、図18
(a)に写真で示す偏析が見られた。そこで、第1実施
形態の凝固解析装置2および凝固解析方法を用いて、図
17(b)に示す湯口位置Bと、湯口位置Cの凝固解析
を行って偏析位置を予測したところ、湯口位置をCにし
た場合のほうが、中心部分に関しては偏析が少ないとい
う結果になった。この結果にもとづいて、湯口位置Cと
した鋳造方案で実際にスクロール渦巻き体10の鋳造を
行い断面を観察すると、図18(b)に写真で示すよう
に、偏析の大幅な改善がみられた。
In the casting method in which the gate position shown in FIG. 17 (b) is set to B, the center of the spiral of the casting is shown in FIG.
The segregation shown in the photograph was seen in (a). Therefore, when the solidification analysis device 2 and the solidification analysis method of the first embodiment are used to perform solidification analysis of the gate position B and the gate position C shown in FIG. 17B to predict the segregation position, In the case of C, the segregation was smaller in the central portion. Based on this result, when the scroll spiral body 10 was actually cast using the casting method with the gate position C, and the cross section was observed, as shown in the photograph in FIG. .

【0081】[0081]

【発明の効果】従来の技術では引け巣,湯廻り不良また
は湯境いなどの結果のみを回避するための方案作成方法
が提供されていた。以上説明してきた、本発明に係わる
流動凝固解析装置および流動凝固解析方法によれば、鋳
造方案を作成する際、これらの欠陥に加えて、型鋳造で
の溶質元素の偏析および引け巣を凝固解析によって精度
よく予測することができる。これにより、偏析位置や偏
析量および引け巣位置を制御し、これらが望ましい範囲
内であるような適切な鋳造方案を作成することが可能と
なった。
According to the prior art, there has been provided a method for preparing a plan for avoiding only the results such as shrinkage cavities, poor running of the hot water or hot water. According to the flow solidification analysis apparatus and the flow solidification analysis method according to the present invention described above, when a casting plan is created, in addition to these defects, segregation and shrinkage cavities of solute elements in die casting are analyzed by solidification. Thus, the prediction can be made with high accuracy. This makes it possible to control the segregation position, the amount of segregation, and the shrinkage cavity position, and to create an appropriate casting plan in which these are within a desirable range.

【0082】また、本発明の解析手段としてコンピュー
タを用いる場合、本発明では簡易な物質移動解析アルゴ
リズムを用いているので、解析計算にかかる時間と負荷
とを低く抑えることできることから、コンピュータ関連
資源の節約になる。さらに、従来では、鋳造方案作成と
実際の鋳造品試作とを繰り返して、最適な鋳造方案を得
るのに時間がかかっていたが、本発明により、鋳造品試
作の手間や費用を大幅に削減できる。よって、本発明に
より、型鋳造での合金鋳造等の信頼性向上および低コス
ト化が一層進展することとなる。
When a computer is used as the analysis means of the present invention, since the present invention uses a simple mass transfer analysis algorithm, the time and load required for the analysis calculation can be kept low. Save money. Furthermore, conventionally, it took time to obtain the optimum casting plan by repeating the casting plan creation and the actual casting prototype, but according to the present invention, the labor and cost of the casting prototype can be significantly reduced. . Therefore, according to the present invention, improvement of reliability and cost reduction of alloy casting in die casting are further advanced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係わる流動凝固解析装
置の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a flow coagulation analyzer according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の流動凝固解析装置におけるメインプロセ
ッサーの詳細を示す概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing details of a main processor in the fluid coagulation analyzer of FIG. 1;

【図3】本発明の第1実施形態に係わる流動凝固解析方
法の全体の流れを示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing an overall flow of a flow solidification analysis method according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態および第1、第2実施例に係
わる解析モデルの要素分割図である。
FIG. 4 is an element division diagram of an analysis model according to the embodiment of the present invention and first and second examples.

【図5】解析モデルの要素に定義された各パラメータを
示す説明図であり、同図(a)は従来の場合、同図
(b)は第1実施形態の場合である。
FIGS. 5A and 5B are explanatory diagrams showing parameters defined in the elements of the analysis model. FIG. 5A shows the case of the related art, and FIG. 5B shows the case of the first embodiment.

【図6】凝固解析(図3の第8ステップST8 )の内容を
更に細かく示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing the details of the coagulation analysis (eighth step ST8 in FIG. 3).

【図7】図6の各計算の流れを示す算出値の相関図であ
る。
FIG. 7 is a correlation diagram of calculated values showing a flow of each calculation in FIG. 6;

【図8】本発明の第2実施形態における流動凝固解析装
置において、そのメインプロセッサーの詳細を示す概略
構成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing details of a main processor in a fluid coagulation analyzer according to a second embodiment of the present invention.

【図9】第2実施形態において、解析モデルの要素に定
義された各パラメータを示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing parameters defined in elements of an analysis model in the second embodiment.

【図10】第2実施形態において凝固解析(図3の第8
ステップST8 )の内容を更に細かく示すフローチャート
である。
FIG. 10 shows a coagulation analysis (eighth in FIG. 3) in the second embodiment.
It is a flowchart which shows the content of step ST8) in more detail.

【図11】図10の各計算の流れを示す算出値の相関図
である。
11 is a correlation diagram of calculated values showing the flow of each calculation in FIG.

【図12】本発明の第1実施例における出力例を示す平
均濃度分布図である。
FIG. 12 is an average density distribution diagram showing an output example according to the first embodiment of the present invention.

【図13】第1実施例で他の出力例を示す凝固終了時点
の温度分布図である。
FIG. 13 is a temperature distribution diagram at the end of solidification showing another output example in the first embodiment.

【図14】第1実施例で、更に他の出力例を示す等凝固
時間の分布図であり、同図(a)は従来の場合、同図
(b)は本実施例の場合である。
FIGS. 14A and 14B are distribution diagrams of isocoagulation time showing still another output example in the first embodiment. FIG. 14A shows a conventional case, and FIG. 14B shows a case of the present embodiment.

【図15】図10(a)は、同実施例で実際の鋳造品の
断面写真、同図(b)は説明図である。
FIG. 15A is a photograph of a cross section of an actual cast product in the example, and FIG. 10B is an explanatory view.

【図16】本発明の第2実施例における出力例を示す平
均濃度分布図である。
FIG. 16 is an average density distribution diagram showing an output example according to the second embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第3実施例に係わるスクロール渦巻
き体の概略構成を示し、同図(a)は側面図、同図
(b)は上面図である。
17A and 17B show a schematic configuration of a scroll scroll according to a third embodiment of the present invention, wherein FIG. 17A is a side view and FIG. 17B is a top view.

【図18】図17に示すスクロール渦巻き体の中心部分
の断面写真であり、同図(a)は湯口位置がBの場合、
同図(b)は湯口位置がCの場合である。
18 is a cross-sectional photograph of the center of the scroll scroll shown in FIG. 17, and FIG. 18A shows a case where the gate position is B;
FIG. 6B shows the case where the gate position is C.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 …凝固解析装置、 2 …プリプロセッサー(初期設定手段)、 3 …メインプロセッサー(凝固解析手段)、 4 …ポストプロセッサー、 5 …熱伝導解析手段、 6 …パラメータ決定手段、 7 …溶質移動解析手段、 10 …スクロール渦巻き体、 A0 …従来の偏析予想位置、 A1,A2,A3 …本発明の偏析予想位置、 B,C…湯口位置、 cj …溶質移動量、 C …濃度、 Cl …液相濃度。 Cs …固相濃度、 Cav …要素の平均濃度、 D …溶質移動係数、 fs …固相率(重量%)、 Ni …凝固モデルのi番目の要素、 P …溶湯圧力、 ▽P …圧力勾配(ベクトル)、 qj …熱量、 SI …固相液相移動係数, パラメータSI(移動量の
比率)、 T …温度、 v …流れ速度、 V …流れ速度ベクトル、 pore …空隙率、 SS …流れによる固相の移動量(体積)、 SF …流れによる液相の移動量(体積)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Coagulation analyzer, 2 ... Preprocessor (initial setting means), 3 ... Main processor (coagulation analysis means), 4 ... Postprocessor, 5 ... Heat conduction analysis means, 6 ... Parameter determination means, 7 ... Solute movement analysis means , 10 ... scroll spiral, A0 ... conventional expected segregation position, A1, A2, A3 ... expected segregation position of the present invention, B, C ... gate position, cj ... solute transfer amount, C ... concentration, Cl ... liquid phase concentration . Cs ... solid concentration, the average concentration of Cav ... elements, D ... solute transport coefficient, fs ... solid fraction (wt%), i-th element of N i ... solidification model, P ... melt pressure, ▽ P ... pressure gradient (Vector), qj: calorific value, SI: solid-liquid phase transfer coefficient, parameter SI (ratio of transfer amount), T: temperature, v: flow velocity, V: flow velocity vector, pore: porosity, SS: by flow Movement amount (volume) of solid phase, SF ... Movement amount (volume) of liquid phase due to flow.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溶質元素が含まれている金属溶湯の型鋳
造における合金成分偏析または引け巣の位置の予測を行
なう金属溶湯の流動凝固解析方法であって、 前記金属溶湯の流動凝固の解析モデルとして、型に鋳込
まれる金属溶湯を型形状にしたがって複数の微小な要素
に分割し、それぞれの要素内の金属溶湯モデルを、凝固
状態に応じて変化する温度、少なくとも固相および液相
からなる相状態を示す変数、固相内の溶質元素濃度およ
び液相内の溶質元素濃度によって表すモデル化工程と、 前記解析モデルに対し、各微小要素間で経過時間ごとに
熱伝導および溶質移動を解析し、この熱伝導および溶質
移動の解析結果にもとづいて、前記温度、前記相状態を
示す変数、前記液相の溶質元素濃度の少なくとも何れか
を、時間経過ごとに更新し、出力する流動凝固解析工程
と、を有する金属溶湯の流動凝固解析方法。
1. A method for analyzing the flow solidification of a molten metal for predicting the position of alloy component segregation or shrinkage cavities in die casting of a molten metal containing a solute element. The molten metal cast into the mold is divided into a plurality of minute elements according to the mold shape, and the molten metal model in each element is formed of a temperature that changes according to a solidification state, at least a solid phase and a liquid phase. Modeling process represented by variables indicating the phase state, solute element concentration in the solid phase, and solute element concentration in the liquid phase; and analyzing the heat conduction and solute transfer between each microelement for each elapsed time for the analysis model Then, based on the analysis results of the heat conduction and the solute transfer, the temperature, the variable indicating the phase state, at least one of the solute element concentration of the liquid phase is updated every time, Flow coagulation analyzing method of molten metal having a flow solidification analyzing step of force, the.
【請求項2】 前記モデル化工程では、前記相状態を表
す変数として、固相が各要素内に占める割合を示す固相
率と、凝固収縮によって各要素内に生じる空隙が各要素
内に占める割合を示す空隙率とで前記金属溶湯モデルを
表し、 前記流動凝固解析工程では、凝固収縮によって各要素内
に生じる空隙を補う固相および液相の要素間流動を解析
し、この固相および液相の要素間流動、前記熱伝導およ
び前記溶質移動の解析結果にもとづいて、前記固相率、
前記空隙率、前記温度、前記液相の溶質元素濃度の少な
くとも何れかを、経過時間ごとに更新し、出力する請求
項1に記載の金属溶湯の流動凝固解析方法。
2. In the modeling step, as a variable representing the phase state, a solid phase ratio indicating a ratio of a solid phase occupying in each element, and a void generated in each element due to solidification shrinkage occupies each element. The porosity indicating the ratio represents the molten metal model, In the flow solidification analysis step, the inter-element flow of the solid phase and the liquid phase that compensates for voids generated in each element due to solidification shrinkage is analyzed, and the solid phase and the liquid are analyzed. Based on the analysis results of the inter-phase flow of the phase, the heat conduction and the solute transfer, the solid fraction,
The flow solidification analysis method for a molten metal according to claim 1, wherein at least one of the porosity, the temperature, and the solute element concentration in the liquid phase is updated and output for each elapsed time.
【請求項3】 前記溶質移動の解析を行なう際に、溶質
移動のしやすさを表す溶質移動係数を、凝固中の前記金
属溶湯に圧力がかかっているときは圧力がかかっていな
いときより大きく設定した後、当該溶質移動解析を行な
う請求項1または2に記載の金属溶湯の流動凝固解析方
法。
3. When performing the analysis of solute transfer, the solute transfer coefficient representing the ease of solute transfer is made larger when pressure is applied to the solidifying metal melt than when no pressure is applied. 3. The method according to claim 1, wherein the solute transfer analysis is performed after the setting.
【請求項4】 前記要素間流動の解析結果として、凝固
中の前記金属溶湯にかかっている圧力、前記要素間移動
の速度、前記固相率が算出され、 算出された前記圧力の大きさと向き、前記速度の大きさ
と向き、前記固相率の大きさ、または固相率勾配の大き
さと向きによって前記溶質移動係数を変化させた後、前
記溶質移動の解析を行なう請求項2記載の金属溶湯の流
動凝固解析方法。
4. The pressure applied to the molten metal during solidification, the speed of movement between the elements, and the solid fraction are calculated as analysis results of the inter-element flow, and the magnitude and direction of the calculated pressure are calculated. 3. The molten metal according to claim 2, wherein the solute transfer analysis is performed after changing the solute transfer coefficient according to the magnitude and direction of the velocity, the magnitude of the solid fraction, or the magnitude and direction of the solid fraction gradient. Flow solidification analysis method.
【請求項5】 前記要素間流動の解析結果として、凝固
中の前記金属溶湯にかかっている圧力、前記要素間移動
の速度、前記固相率が算出され、 算出された前記圧力の大きさと向き、前記速度の大きさ
と向き、前記固相率の大きさ、または固相率勾配の大き
さと向きによって、要素間を移動する固相と液相の比率
を変化させ、 当該比率に応じて、前記溶質移動係数を変化させた後、
前記溶質移動の解析を行なう請求項2記載の金属溶湯の
流動凝固解析方法。
5. The pressure applied to the molten metal during solidification, the speed of movement between the elements, and the solid fraction are calculated as the analysis results of the inter-element flow, and the magnitude and direction of the calculated pressure are calculated. According to the magnitude and direction of the velocity, the magnitude of the solid fraction, or the magnitude and orientation of the solid fraction gradient, the ratio of the solid phase and the liquid phase moving between the elements is changed. After changing the solute transfer coefficient,
3. The method according to claim 2, wherein the analysis of the solute movement is performed.
【請求項6】 溶質元素が含まれている金属溶湯の型鋳
造における合金成分偏析または引け巣の位置の予測を行
なう金属溶湯の流動凝固解析装置であって、 前記金属溶湯の流動凝固の解析モデルとして、型に鋳込
まれる金属溶湯を型形状にしたがって複数の微小な要素
に分割し、それぞれの要素を、温度、少なくとも固相お
よび液相からなる相状態を示す変数、固相内の溶質元素
濃度、液相内の溶質元素濃度からなる経時変動パラメー
タによって表すモデル化手段と、 前記型に応じた各要素の位置と大きさに関する要素パラ
メータ、および前記経時変動パラメータを前記モデル化
手段から入力し、入力した両パラメータにもとづいて、
各要素間で経過時間ごとに熱伝導および溶質移動を解析
し、この熱伝導および溶質移動の解析結果にもとづいて
前記経時変動パラメータを更新し、出力する解析手段
と、を有する金属溶湯の流動凝固解析装置。
6. A flow solidification analyzer for molten metal for predicting alloy component segregation or shrinkage cavity position in die casting of molten metal containing a solute element, the analytical model of flow solidification of the molten metal. The metal melt cast into the mold is divided into a plurality of fine elements according to the shape of the mold, and each element is divided into a temperature, a variable indicating at least a phase state consisting of a solid phase and a liquid phase, a solute element in the solid phase. Modeling means represented by a time-varying parameter consisting of a concentration and a solute element concentration in a liquid phase, and element parameters relating to the position and size of each element according to the type, and the time-varying parameter are input from the modeling means. , Based on both parameters entered,
Analysis means for analyzing heat conduction and solute movement for each elapsed time between each element, updating and outputting the time-varying parameter based on the analysis result of the heat conduction and solute movement, and Analysis device.
【請求項7】 前記モデル化手段は、前記相状態を表す
変数として、固相が各要素内に占める割合を示す固相率
と、凝固収縮によって各要素内に生じる空隙が各要素内
に占める割合を示す空隙率とで、それぞれの要素を表
し、 前記解析手段は、凝固収縮によって各要素内に生じる空
隙を補う固相および液相の要素間流動を解析し、当該要
素間流動、前記熱伝導および前記溶質移動の解析結果に
もとづいて、前記空隙率と前記固相率を含む前記経時変
動パラメータを更新し、出力する請求項6に記載の金属
溶湯の流動凝固解析装置。
7. The modeling means includes, as variables representing the phase state, a solid phase ratio indicating a ratio of a solid phase occupying each element, and a void generated in each element due to solidification shrinkage in each element. The porosity indicates a ratio, and each element is expressed. The analysis means analyzes the inter-element flow of the solid phase and the liquid phase that compensates for the void generated in each element due to solidification shrinkage, and calculates the inter-element flow and the heat. The flow solidification analysis apparatus for a molten metal according to claim 6, wherein the time-varying parameter including the porosity and the solid phase rate is updated and output based on the analysis result of the conduction and the solute transfer.
【請求項8】 溶質元素が含まれている金属溶湯の型鋳
造における合金成分偏析または引け巣の位置の予測を行
なうに際し、 前記金属溶湯の流動凝固の解析モデルとして、型に鋳込
まれる金属溶湯を型形状にしたがって複数の微小な要素
に分割し、それぞれの要素内の金属溶湯モデルを、凝固
状態に応じて変化する温度、少なくとも固相および液相
からなる相状態を示す変数、固相内の溶質元素濃度およ
び液相内の溶質元素濃度で表してモデル化を行い、 前記解析モデルに対し、各微小要素間で経過時間ごとに
熱伝導および溶質移動を解析し、この熱伝導および溶質
移動の解析結果にもとづいて、前記温度、前記相状態を
示す変数、前記液相の溶質元素濃度の少なくとも何れか
を、時間経過ごとに更新し、出力するプログラムが格納
されている金属溶湯の流動凝固解析用記録媒体。
8. A method for predicting the position of alloy component segregation or shrinkage cavities in die casting of a molten metal containing a solute element, wherein the molten metal cast into a mold is used as an analytical model of the flow solidification of the molten metal. Is divided into a plurality of minute elements according to the mold shape, and the molten metal model in each element is changed at a temperature that changes according to the solidification state, at least a variable indicating a phase state consisting of a solid phase and a liquid phase, The solute element concentration in the liquid phase and the solute element concentration in the liquid phase are modeled. Based on the analysis model, the heat conduction and solute transfer between each of the microelements are analyzed for each elapsed time. A program for updating and outputting at least one of the temperature, the variable indicating the phase state, and the solute element concentration in the liquid phase based on the analysis result every time has been stored. Flow coagulation analysis recording medium of the metal melt.
【請求項9】 前記モデル化では、前記相状態を表す変
数として、固相が各要素内に占める割合を示す固相率
と、凝固収縮によって各要素内に生じる空隙が各要素内
に占める割合を示す空隙率とで前記金属溶湯モデルを表
し、 前記流動凝固解析では、凝固収縮によって各要素内に生
じる空隙を補う固相および液相の要素間流動を解析し、
この固相および液相の要素間流動、前記熱伝導および前
記溶質移動の解析結果にもとづいて、前記固相率、前記
空隙率、前記温度、前記液相の溶質元素濃度の少なくと
も何れかを、経過時間ごとに更新し、出力する請求項8
に記載の金属溶湯の流動凝固解析用記録媒体。
9. In the modeling, as a variable representing the phase state, a solid phase ratio indicating a ratio of a solid phase in each element and a ratio of a void generated in each element due to solidification shrinkage in each element. Representing the molten metal model with a porosity indicating, In the flow solidification analysis, analyze the inter-element flow of the solid and liquid phases to compensate for the voids generated in each element due to solidification shrinkage,
This solid-phase and liquid-phase inter-element flow, based on the analysis results of the heat conduction and the solute transfer, the solid phase ratio, the porosity, the temperature, at least one of the solute element concentration of the liquid phase, 9. An output which is updated and output for each elapsed time.
3. A recording medium for flow solidification analysis of a molten metal according to item 1.
JP2099197A 1996-05-24 1997-01-20 Method for analyzing fluid solidification of molten metal, instrument therefor and recording medium Withdrawn JPH1034320A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009220113A (en) * 2008-03-13 2009-10-01 Toyota Central R&D Labs Inc Filling-solidifying analysis method for molten material and the filling-solidifying analysis program
JP2015132564A (en) * 2014-01-14 2015-07-23 日産自動車株式会社 Thermal deformation analysis method, thermal deformation analysis program, and thermal deformation analysis apparatus
JP2020168636A (en) * 2019-04-01 2020-10-15 マツダ株式会社 Casting analysis method

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