Optimisation de la géométrie céramique dans les composites fonte chrome-zircone alumine par modélisation numérique à l'échelle particulaire

Résumé

Afin de réduire le stress thermique dans les composites à matrice de fonte à haut chrome (HCCI) renforcés par des particules céramiques de zircone-alumine renforcée (ZTA), une simulation par éléments finis est réalisée pour optimiser la configuration géométrique du préformé céramique. Le modèle précédent simplifie la structure globale du préformé de particules céramiques et ajoute des conditions aux limites pour simuler les particules, ce qui entraînera des erreurs incontrôlées dans les résultats. Dans ce travail, des modèles de grains équivalents sont utilisés pour décrire le préformé réel, rendant les résultats de simulation plus proches des résultats expérimentaux réels. Le processus de solidification du matériau composite est simulé, et l'infiltration entre le fer fondu et les particules céramiques est réalisée. La distribution des contraintes thermiques pendant la solidification et des contraintes de compression sont obtenues. Les résultats montrent que l'ajout de trous ronds de 10 mm sur le préformé peut améliorer les performances du composite, ce qui aide à prévenir les fissures et augmente la plasticité du matériau.

Introduction

Avec l'avancement continu du processus d'industrialisation, les matériaux résistants à l'usure traditionnels uniques sont devenus progressivement difficiles à satisfaire aux exigences de performance des pièces résistantes à l'usure dans les domaines de la métallurgie, de l'énergie électrique et des matériaux de construction [1, 2]. Les composites à matrice métallique renforcés par des particules céramiques, tels que les composites à matrice de fonte à haut chrome (HCCI) renforcés par des particules céramiques de zircone-alumine renforcée (ZTA) (dénommés ci-après composites HCCI/ZTA_P), sont l'un des matériaux résistants à l'usure les plus populaires, qui combine parfaitement la dureté élevée de la céramique ZTA avec la ténacité exceptionnelle du HCCI et exploite pleinement la relation complémentaire entre les deux, conférant une excellente résistance à l'usure aux composites à matrice métallique [3, 4].

Les composites HCCI/ZTA_P présentent encore une certaine tendance à la fissuration, ce qui peut affecter l'apparence et la stabilité de la production [5-7]. La fissuration des matériaux composites est liée à la plasticité et à l'état de contrainte. Une excellente plasticité et un stress thermique plus faible peuvent réduire la possibilité de fissuration des matériaux composites [8]. Si la différence du coefficient de dilatation thermique entre les particules céramiques et le métal est trop grande, le stress thermique dans les composites augmentera en conséquence. Lorsque le stress thermique est élevé, des fissures peuvent être initiées à l'intérieur du composite, en particulier à l'interface entre les particules céramiques et le métal. L'extension et la propagation continues des fissures peuvent éventuellement entraîner la fracture du matériau composite, voire le décollement de toute la couche [9, 10]. Les matériaux composites HCCI/ZTA_P présentent également les problèmes ci-dessus. Lorsque le métal fondu infiltre les particules agrégées, la température diminue, résultant en une capacité de combinaison médiocre du métal avec les particules céramiques. Par conséquent, afin d'améliorer davantage les performances des composites HCCI/ZTA_P, il est important d'étudier et de réduire leur tendance à la fissuration [11, 12].

Dans les composites HCCI/ZTA_P, la couche composite est conçue comme la face de travail et le reste de la matrice est métallique, ce qui permet au composite d'avoir à la fois une haute résistance à l'usure et une plasticité [13]. La couche composite est préparée par la méthode d'infiltration dans les composites HCCI/ZTA_P. L'une des caractéristiques remarquables des matériaux composites est leur concevabilité [14]. Selon la demande réelle, les particules céramiques sont préparées en un préformé avec une structure et une taille spéciales, puis le préformé est étroitement combiné avec le métal fondu pour préparer un composite ZTA_P/HCCI [15].

Afin de réduire le stress thermique, nous choisissons le préformé de particules céramiques d'hexagone. Dans le préformé hexagonal, la distance maximale que le métal fondu pénètre dans le préformé est la même quelle que soit la direction, donc l'uniformité de la pénétration du métal est améliorée et la concentration de stress dans le préformé est réduite [16, 17]. Bien que le préformé hexagonal soit utilisé pour réduire la tendance du matériau à se fissurer, le stress thermique dans le processus de moulage du matériau existe encore. L'amélioration de la structure du préformé de particules céramiques peut réduire efficacement la concentration de stress.

Dans l'optimisation de la structure du préformé composite, la méthode des éléments finis peut réduire les expériences répétées. Dans les études précédentes, en raison de la complexité du dessin et du calcul des particules céramiques, le préformé de particules céramiques est généralement simplifié dans son ensemble. Des recherches approfondies ont révélé que le modèle simplifié présente certains défauts et ne peut pas être utilisé dans une gamme plus large. L'établissement d'un modèle de particule équivalent peut combiner davantage le modèle avec la situation réelle et réduire l'erreur causée par le modèle [18]. Le logiciel d'analyse par éléments finis COMSOL Multiphysics est utilisé pour modéliser les champs de contrainte dans le processus de solidification et le processus de compression du matériau composite HCCI/ZTA_P [19]. COMSOL Multiphysics est un logiciel de simulation numérique avancé à grande échelle [20, 21].

Dans cet article, nous utilisons un logiciel d'éléments finis pour simuler le stress des matériaux composites sous différentes conditions. La version de COMSOL Multiphysics utilisée dans cet article est 4.5a. Cette étude analyse systématiquement l'influence du modèle géométrique dans le logiciel d'éléments finis sur les résultats de calcul, ce qui bénéficie à la conception et au développement de préformés poreux. La simulation et l'expérience sont comparées l'une à l'autre, et le modèle est continuellement optimisé.

Méthodes

L'un des principaux problèmes dans la production de composites est la concentration de stress, qui affecte directement la résistance à l'usure et la plasticité des matériaux composites. L'amélioration de la structure du préformé de particules céramiques peut réduire efficacement la concentration de stress. Le but de cette étude est d'étudier l'influence de la structure du préformé sur la distribution des contraintes et d'améliorer les performances des matériaux composites.

Établissement et optimisation du modèle géométrique

Dans le processus de solidification, la température du moule et du métal liquide est différente et le métal liquide se solidifie rapidement, donc le transfert de chaleur entre chaque position dans le processus de coulée est instationnaire, et l'équation de transfert de chaleur peut s'écrire comme [22] :

$$\rho C_{P} \frac{\partial T}{\partial x} = \frac{\partial }{\partial x}\left( \lambda \frac{\partial T}{\partial x} \right) + \frac{\partial }{\partial y}\left( \lambda \frac{\partial T}{\partial y} \right) + \frac{\partial }{\partial z}\left( \lambda \frac{\partial T}{\partial z} \right) + \rho Q$$ (1)

où ρ est la densité ; C_P est la capacité thermique ; λ est la conductivité thermique ; T est la température transitoire ; Q est la chaleur ; les coordonnées x, y et z sont appelées les coordonnées relatives du sous-système.

Puisque la température de chaque point est différente dans le processus de solidification, il y a une contrainte interne variable dans la coulée. Si la coulée peut être considérée comme un corps élastique linéaire, lorsque la contrainte interne est inférieure à la limite d'élasticité, avec le processus de déformation élastique, nous pouvons utiliser l'équation de la loi de Hooke pour la décrire :

$$\left\{ \begin{array}{l} \varepsilon_{xx} = \frac{1}{E}\left[ \sigma_{xx} - v\left( \sigma_{yy} + \sigma_{zz} \right) \right] \\ \varepsilon_{yy} = \frac{1}{E}\left[ \sigma_{yy} - v\left( \sigma_{xx} + \sigma_{zz} \right) \right] \\ \varepsilon_{zz} = \frac{1}{E}\left[ \sigma_{zz} - v\left( \sigma_{xx} + \sigma_{yy} \right) \right] \to \varepsilon_{ij} = \frac{1+v}{E}\sigma_{ij} - \frac{v}{E}\delta_{ij} \sigma \\ \varepsilon_{xy} = \frac{1}{2G}\sigma_{x} \\ \varepsilon_{yz} = \frac{1}{2G}\sigma_{yz} \\ \varepsilon_{zx} = \frac{1}{2G}\sigma_{zx} \end{array} \right.$$ (2)

où E est le module de Young ; σ = σ_{ii + σ11} + σ_{22 +} σ₃₃ ; v est le coefficient de Poisson ; tenseur unitaire ε_ij = ½γ_ij ; module de cisaillement G = E / [2(1 + v)].

Ensuite, la contrainte interne est supérieure à la limite d'élasticité, et la coulée a plus de déformation. La contrainte totale est composée de contrainte élastique et de contrainte plastique, σ_ij = σ_ij^e + σ_ij^p. Cette équation peut être traitée comme un modèle de durcissement linéaire élastique-plastique. La déformation élastique et la déformation plastique sont linéaires, et l'équation constitutive peut s'écrire comme [23] :

$$\sigma = \left\{ \begin{array}{ll} E\varepsilon & \varepsilon \le \varepsilon_{s} \\ \sigma_{s} + E_{1} (\varepsilon - \varepsilon) & \varepsilon > \varepsilon_{s} \end{array} \right.$$ (3)

où σ est la contrainte ; E est le module de Young ; ε est la déformation ; ε_s est la limite d'élasticité.

La durée de vie des pièces en fonte à haut chrome est plus courte en raison de leur mauvaise résistance à l'usure. Les matériaux composites ont de nombreux avantages par rapport au HCCI unique. Dans le processus de fabrication des composites HCCI/ZTA_P, les particules céramiques ZTA sont préparées à l'avance en un préformé poreux. Le préformé permet aux particules céramiques ZTA et au HCCI d'être plus étroitement combinées, et les particules céramiques ne tombent pas facilement sous l'impact. Afin d'améliorer davantage les performances des composites HCCI/ZTA_P, il est nécessaire d'optimiser la structure des préformés.

Pendant le processus de coulée, le métal fondu peut remplir les trous circulaires et augmenter la proportion de métal. Dans le processus d'application des composites HCCI/ZTA_P, il a été constaté que la position d'agrégation des particules est plus sujette aux fissures, donc le trou circulaire est ajouté à cette position.

La forme des particules céramiques ZTA est un polygone arbitraire, et il y a beaucoup de particules dans le préformé. Si toutes les particules sont dessinées, la charge de travail est importante. Dans les simulations précédentes de composites à matrice métal-céramique, la plupart des préformés de particules céramiques étaient considérés dans leur ensemble. Comme montré Fig. 1, l'article établit des modèles à l'échelle macroscopique et microscopique, respectivement. L'établissement d'un modèle raisonnable nécessite une vérification mutuelle répétée avec les expériences. Dans le modèle d'optimisation, les résultats calculés sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Les résultats de simulation incluent le stress thermique, le champ de température, le champ de transition de phase pendant la solidification et la contrainte-déformation de la coulée sous charge. Effectuez des ajustements raisonnables et efficaces au modèle d'éléments finis établi afin que le modèle d'éléments finis optimisé puisse être utilisé dans une gamme plus large.

Organigramme de l'optimisation du modèle géométrique pour les matériaux HCCI/ZTA_P

Dans l'établissement du modèle géométrique en utilisant le logiciel d'éléments finis, afin de réduire le temps de calcul et la charge de travail de modélisation, le modèle géométrique simplifié est souvent utilisé. Comme montré Fig. 2, il y a des espaces entre les particules car le préformé poreux hexagonal tridimensionnel est simplifié en un modèle bidimensionnel, et une seule couche de particules est sélectionnée pour projeter le modèle bidimensionnel. De cette façon, l'empilement des particules dans l'espace tridimensionnel peut efficacement éviter l'influence sur le modèle géométrique bidimensionnel et simplifier raisonnablement le modèle et améliorer l'efficacité du calcul.

Particules céramiques ZTA et modèle géométrique des composites HCCI/ZTA_P. a Préformé poreux, b zone composite des composites HCCI/ZTA_P, c modèle géométrique optimisé basé sur les particules réelles, d modèle géométrique initial

Dans cet article, les particules céramiques ZTA sont sélectionnées comme phase de renforcement du composite. Les particules céramiques ZTA sont une céramique structurelle multiphase préparée en ajoutant de la zircone à l'alumine puis en frittant, où la fraction massique de zircone est de 18 % et la fraction massique d'alumine est de 82 %. La fonte à haut chrome est la matrice du matériau composite, qui contient plus de 12 % de chrome, et est un excellent matériau résistant à l'usure.

Les paramètres de matériau ont une grande influence sur le résultat du calcul par éléments finis. Les paramètres de matériau requis pour le calcul de simulation dans cet article sont obtenus par expériences et littérature. Les paramètres de matériau des particules céramiques ZTA et du HCCI sont présentés Tableau 1.

Expériences

Pour tester la plasticité et la résistance à l'usure du matériau composite HCCI/ZTA_P, un test systématique a été réalisé sur le composite pour déterminer davantage l'influence de la structure du préformé. Une machine d'essai universelle SHT4305 a été utilisée pour mesurer les propriétés de compression des composites HCCI/ZTA_P. La taille de l'échantillon d'essai de compression est de 10 × 10 × 25 mm, la charge appliquée est de 30 tonnes, et la vitesse de compression est de 0,5 mm/min.

L'essai de résistance à l'usure du composite HCCI/ZTA_P est nécessaire. Une excellente résistance à l'abrasion est le critère le plus important pour tester la performance des matériaux composites résistants à l'usure. Les composites HCCI/ZTA_P sont principalement utilisés dans les industries du traitement des minéraux, de la fabrication de ciment et de la fabrication de papier, et la plupart des conditions de travail sont l'usure abrasive à trois corps. Afin de simuler la performance de service des composites HCCI/ZTA_P sous des conditions de travail réelles autant que possible, les composites HCCI/ZTA_P ont été testés en utilisant un testeur d'usure abrasive à trois corps MMH-5. Le matériau de la piste du testeur est l'acier à outils M2, dureté 820-860 Hv, diamètre extérieur 380 mm, largeur 20 mm. Le type et la taille des abrasifs sont sélectionnés selon différentes conditions de travail. Dans cet article, du sable de quartz est utilisé comme abrasif, la dureté est de 1000-1200 Hv, la charge d'essai est de 40 N, et la vitesse de rotation de l'échantillon est de 30 tr/min.

Un nano-indenteur est utilisé pour effectuer un test de module de Young à 100 points dans la micro-région sélectionnée de 100 × 100 μm². Le modèle du nano-indenteur est iMicro.

La résistance à l'usure des matériaux peut être mesurée par la réduction de masse, la réduction de volume, etc. La perte de volume mesurée par un cylindre gradué avec de petits changements peut facilement causer des erreurs dans les lectures humaines. Par conséquent, sous les mêmes conditions d'usure, la perte de masse Δm est utilisée pour évaluer la performance d'usure du matériau. La formule pour calculer la perte de matériau est la suivante :

$$\Delta m = m_1 - m_2$$ (4)

où m₁ et m₂ représentent respectivement la masse des échantillons avant et après l'usure.

Résultats et discussion

Simulation basée sur le modèle global simplifié

Dans la simulation du stress thermique dans le processus de solidification des composites HCCI/ZTA_P dans cette étude, la distribution du stress thermique à 10 s est sélectionnée pour tous les résultats de simulation, car le stress thermique change significativement avant et après 10 s. Comparé à l'échelle à droite de la Fig. 3, la couleur rouge indique un stress plus élevé et la couleur bleue un stress plus faible. Dans la Fig. 3a, une concentration de stress est apparue sur le bord du préformé, en particulier dans la position centrale, le côté supérieur et le côté inférieur du préformé apparaissaient en rouge. En comparant à l'échelle de droite de la Fig. 3a, cela montre que le stress est énorme ici. La couleur bleue apparaît à l'endroit où les particules s'agrègent, c'est-à-dire l'intersection des parois des trous hexagonaux, indiquant que le stress est faible ici. Dans le modèle géométrique Fig. 3c, des trous circulaires sont ajoutés aux agrégats de particules du préformé. La distribution du stress dans la Fig. 3c est similaire à la Fig. 3a, sauf qu'il y a une concentration de stress plus évidente autour des trous circulaires. La distribution du stress autour du trou circulaire du préformé dans la Fig. 4 est similaire à celle de la Fig. 3.

Distribution du stress thermique pendant la solidification dans le modèle simplifié. a Préformé initial, b vue partielle agrandie du préformé initial, c préformé avec trous circulaires ajoutés, d vue partielle agrandie du préformé avec trous circulaires ajoutés

Contrainte de compression dans le modèle simplifié. a Préformé initial, b vue partielle agrandie du préformé initial, c préformé avec trous circulaires ajoutés, d vue partielle agrandie du préformé avec trous circulaires ajoutés

Les résultats de calcul finaux doivent être intuitifs, donc les résultats ont été post-traités et un graphique de comparaison transversale de stress a été tracé. D'abord, tracer une transversale 2D dans le modèle géométrique, car la partie d'observation principale est autour du trou circulaire, c'est-à-dire là où les particules s'agrègent, donc la transversale 2D passe par le trou circulaire. L'ordonnée du graphique de stress est la valeur de stress sur la ligne de section, et l'abscisse est la coordonnée x du modèle, comme montré Fig. 5. Dans le modèle simplifié, les coordonnées des trous circulaires sont (12, 14), (27, 14). La Fig. 5c est un graphique linéaire du stress de solidification. Dans la Fig. 5c, le préformé avec trous circulaires a une augmentation significative du stress aux abscisses 12 et 27, par rapport au préformé sans trous circulaires. La Fig. 5d est un graphique de comparaison de contrainte de compression. La tendance générale de la courbe est la même que celle de la Fig. 5c, et la contrainte de position du trou circulaire augmentera significativement.

Position de la transversale 2D du modèle simplifié et comparaison transversale de stress. a Préformé initial, b vue partielle agrandie du préformé initial, c préformé avec trous circulaires ajoutés, d vue partielle agrandie du préformé avec trous circulaires ajoutés

Simulation basée sur le modèle de grain équivalent

La Fig. 6 montre la distribution du stress thermique du modèle de composites HCCI/ZTA_P basé sur les particules réelles, qui est similaire à la Fig. 3. Cependant, dans la Fig. 6, les particules céramiques ZTA ne sont plus simplifiées comme un préformé global, mais établies comme des particules individuelles, et on peut observer que la plupart des particules autour apparaissent en couleur rouge. La forme des particules céramiques ZTA n'est pas uniforme, et le stress est plus élevé que la valeur environnante, en particulier au point aigu des particules. Les distributions de stress thermique dans les Fig. 3b et 6b sont évidemment différentes. Le trou circulaire du préformé dans la Fig. 6b apparaît en couleur bleue, indiquant que le stress est faible ici. Les résultats de calcul de concentration de stress autour du trou circulaire sont opposés. Le degré de simplification et les méthodes de dessin des modèles géométriques entraînent des résultats de calcul différents.

Distribution du stress thermique pendant la solidification dans le modèle optimisé. a Préformé initial, b vue partielle agrandie du préformé initial, c préformé avec trous circulaires ajoutés, d vue partielle agrandie du préformé avec trous circulaires ajoutés

Le modèle géométrique utilisé pour simuler la contrainte de compression dans la Fig. 7 est similaire à la Fig. 6. Dans la Fig. 7, en comparant avec l'échelle à droite, le stress est concentré sur la partie supérieure du modèle et le préformé, en particulier les bords des deux côtés du préformé céramique, qui sont jaune-vert. Dans la partie d'agrégation des particules du préformé, cette zone est montrée en couleur verte dans la Fig. 7a, indiquant que le stress est faible ici. Dans la Fig. 7b, des trous circulaires sont ajoutés aux agrégats du préformé. La couleur de la zone des trous circulaires est verte et jaune, indiquant qu'il n'y a pas de concentration de stress évidente.

Contrainte de compression dans le modèle optimisé. a Préformé initial, b vue partielle agrandie du préformé optimisé, c préformé avec trous circulaires ajoutés, d vue partielle agrandie du préformé avec trous circulaires ajoutés

Dans le modèle basé sur les particules réelles, les coordonnées des trous circulaires sont (12, 14) (27, 14). La Fig. 8 est un diagramme de comparaison du stress de solidification, comparant l'effet de la présence ou de l'absence de trous circulaires sur le stress. Le stress du préformé avec trous circulaires a montré une réduction significative aux abscisses 12 et 27, et sa position coïncidait essentiellement avec la position des trous circulaires. Le stress des coordonnées restantes du préformé avec trous circulaires a une légère augmentation. Dans la Fig. 8a, b, les deux courbes sont essentiellement coïncidentes, sauf dans le préformé avec trous circulaires ; le stress près des coordonnées des trous circulaires chute significativement.

Position de la transversale 2D du modèle optimisé et comparaison transversale de stress. a Préformé initial, b préformé avec trous circulaires ajoutés, c stress de solidification, d stress de compression

Validations expérimentales

On peut voir sur la Fig. 9, dans le test d'usure, la perte de masse des composites utilisant le préformé optimisé et les composites avec le préformé original n'est pas très différente, indiquant que la résistance à l'usure n'est pas significativement sacrifiée et peut également améliorer la plasticité globale des composites HCCI/ZTA_P.

Courbe contrainte-déformation de compression du matériau composite HCCI/ZTA_P et perte de masse de l'abrasif à trois corps à la jonction des parois du nid d'abeilles composite

Le préformé poreux a été optimisé en ajoutant de petits trous cylindriques aux zones d'agrégation des particules, ce qui a modifié la fraction volumique de particules céramiques dans les composites HCCI/ZTA_P. La teneur en particules céramiques ZTA dans le matériau composite est un facteur important affectant ses propriétés mécaniques. Comme montré Fig. 9, la résistance à la compression et la déformation à la compression de l'échantillon ayant des préformés avec trous circulaires augmentent significativement par rapport à celui de l'échantillon avec le préformé initial, indiquant que de petits trous circulaires aux zones d'agrégation des particules céramiques ZTA sont propices à l'amélioration de la résistance et de la plasticité des composites HCCI/ZTA_P. L'ajout de petits trous cylindriques aux zones d'agglomération du préformé poreux augmentera la teneur de la matrice métallique, augmentant ainsi la déformation à la compression des composites HCCI/ZTA_P sous contrainte de compression et affectant également sa résistance à la compression. Lorsque la contrainte atteint la valeur de pointe, on peut considérer que le dommage s'est déjà produit dans l'éprouvette. Avec l'augmentation continue de la déformation, le dommage interne du matériau s'accumule également, la résistance à la déformation diminue progressivement, et finalement la rupture par cisaillement se produit.

Les micro-analyses de dureté de tous les échantillons sont présentées Fig. 10. Comme montré Fig. 10a, b, la zone de test est sélectionnée autour des particules arrondies et des particules à coins aigus, respectivement, afin de mieux correspondre aux résultats de simulation. La Fig. 10c, d est comparée avec la vue partielle agrandie du stress. Dans la simulation, la concentration de stress a tendance à se produire autour des coins aigus des particules. Dans les résultats de test, le module près des particules à coins aigus est plus grand que la matrice métallique près des coins arrondis, ce qui vérifie davantage la rationalité du modèle basé sur la particule réelle.

Distribution d'indentation des matériaux composites et distribution du module de Young autour des particules des matériaux composites. a La forme des particules est aiguë, b la forme des particules est arrondie, c la forme des particules est aiguë, d la forme des particules est arrondie

Un trou circulaire est ajouté aux zones d'agrégation des particules des préformés, ce qui a trois fonctions. La première fonction est de réduire la fraction volumique de particules céramiques dans le matériau composite HCCI/ZTA_P et de réduire le stress résiduel ; la deuxième fonction est de réduire l'agrégation des particules céramiques du préformé ; la troisième fonction est d'augmenter la fraction volumique de la matrice métallique avec une meilleure plasticité pour entraver la propagation des fissures. La plasticité des composites HCCI/ZTA_P diminue avec l'augmentation du stress résiduel. La fraction volumique de particules céramiques diminue, et le stress résiduel devient relativement faible. L'ajout de trous circulaires dans le préformé de particules céramiques ZTA peut réduire les fissures car l'instabilité des fissures tend à s'étendre le long d'une ligne droite. Lorsque des fissures sont générées dans la zone composite du composite HCCI/ZTA_P, les fissures s'étendent facilement le long de la paroi du trou hexagonal dans le préformé pour générer la propagation des fissures. Le trou circulaire augmente la teneur en matrice HCCI à la jonction de la paroi du trou hexagonal, entrave la propagation des fissures, et joue ainsi un rôle dans le renforcement de la structure.

Conclusion

La grande différence de coefficient de dilatation thermique entre HCCI et ZTA_P cause des fissures dans le matériau composite. Les processus de solidification et de compression des matériaux composites HCCI/ZTA_P sont simulés en utilisant le logiciel d'éléments finis, et les valeurs numériques et distributions des contraintes sont analysées basées sur le modèle global simplifié et le modèle de grain équivalent pour le préformé. Selon les résultats de calcul, la structure du préformé est optimisée. En analysant les résultats de simulation et expérimentaux, on peut conclure que l'ajout de trous circulaires au préformé poreux hexagonal entraînera une diminution du stress thermique et du stress de compression pendant la solidification. Après l'optimisation et l'ajustement du modèle, les résultats de simulation tendent à être cohérents avec les résultats expérimentaux. Les méthodes de cet article peuvent fournir une référence importante pour la simulation et l'optimisation des paramètres de traitement dans les systèmes de coulée des divers composites à matrice métallique.

Disponibilité des données et matériaux

Les ensembles de données soutenant les conclusions de cet article sont inclus dans l'article.

Abréviations

HCCI :

Fonte à haut chrome

ZTA :

Zircone-alumine renforcée

HCCI/ZTA_P :

Composites à matrice de fonte à haut chrome renforcés par des particules céramiques de zircone-alumine renforcée