如何预测缩孔和缩松？

液态金属成型过程是热弹塑性成型过程，一般认为其属于小变形问题。因此可把整个过程划分为一系列小变形增量步，对于每一个变形增量步都可基于小变形热弹塑性理论进行求解。

1.等固相线法

等固相线法以固相线温度作为宏观停止流动和补缩的界限来预计缩孔、缩松的产生。它通过等温曲线形成的封闭回路判断缺陷的存在。在ProCAST中设置Isochrons考察温度等用固相线温度来实现。

2.临界固相率法

对于宽结晶温度范围的合金，其凝固补缩过程可分为“质量补缩”和“枝晶补缩”两个阶段。当晶体长得较大且互相接触时，“质量补缩”阶段结束，也就是液相及液固共存相宏观停止流动和补缩的界限。显然这时采取固相率f_s=1是不妥的，而应取小于1的值，临界固相率g_sc的取值为0.50～0.85。而对于窄结晶温度范围合金，一般取g_sc=1是合理的。在ProCAST软件中可以通过在ViewCAST中考察Fraction来实现。

3.温度梯度法

根据凝固末期的温度梯度的大小来预测缩孔和缩松。温度梯度表示为计算某一单元在某一时刻的温度为T₀，当经过Δτ时间后降至T_s，在τ+Δτ时刻计算出从中心点到周围各个相邻点温度梯度G，并取其中的最大值。即

式中 T₁——该单元点相邻的某一单元节点在τ+Δτ时刻的温度；

ΔL——与该单元相邻的某一单元节点的距离。

这种方法认为在温度梯度小到一定程度时，补缩通道将在凝固结束之前的某个时刻被“截断”，铸件内会出现缩孔和缩松。在ProCAST软件中可以在ViewCAST中考察Tempera-ture Gradients来利用这一判据。但是临界的影响因素多，目前还没有公认的标准。

4.Niyama法(www.xing528.com)

日本新山英辅教授创建的目前是在模拟缩孔和缩松缺陷时被广泛应用的方法，G是指温度梯度，R是指冷却速度。G的具体定义为

R的具体定义为

式中 T_upper——液相线温度；

T_lower——固相线温度；

t_upper——液相线温度时刻；

t_lower——固相线温度时刻。

在ProCAST中有Mapping Factor，提供形如M=KG^aR^bL^c的公式。

5.直接模拟法

利用传热传质的连续性方程、动量方程、能量方程直接计算收缩缺陷。它首先依据初始条件或Δτ之前的流动数据求解收缩率、单元状态、单元体积等，并进行温度场的计算。其次，进行潜热的修正，求出液相线以下的单元在Δτ内的凝固量，并重新评价单元的状态，进而求得流动领域数。流动领域数的确定方法从某一个流动单元开始，看其邻接的单元是否有流动单元。如果有，则为同一流动领域，从而求出铸件由几个流动领域组成。在此基础上，建立能量、动量和压力的联立方程，解此方程并通过设定的临界压力判断单元内是否发生缩松。此方法不仅可以评价缩松的产生，还可以预测它的大小形状。在ProCAST软件中，可考察ViewCAST的POROS来应用直接模拟法。