余世浩，李佳琪，张琳琅

(1.武汉华夏理工学院智能制造学院，武汉 430223；2.武汉理工大学材料科学与工程学院，武汉 430070)

0 引 言

在装备制造、冶金机械、矿山开采等工业领域，许多设备零部件因使用工况非常恶劣，需兼具高强韧性和高耐磨性以提高其使用安全性和使用寿命；但是采用单一均质材料制造的零部件往往难以兼顾这两种性能。合金型内熔化扩散方法[1]是一种固液复合铸造方法，根据钒与碳反应形成高耐磨碳化钒颗粒的原理，在模具型腔底部预置高钒合金棒，浇入高温液态金属进行凝固成型，通过高温使高钒合金熔化并与金属液之间发生元素互扩散和钒碳反应，从而在铸件表层生成呈梯度分布的碳化钒硬质相，实现表层耐磨性和深层韧性的良好匹配。

目前，大多采用有限元方法对金属铸造过程进行预测进而实现有效控制。已有研究大多集中在通过有限元软件模拟常规金属铸造时的凝固温度场，结合缩孔、疏松等缺陷的热力学条件，对铸件中的缩孔、疏松以及热裂纹等缺陷进行预测[2-4]。合金型内熔化工艺由于型腔中内置的合金棒与液态金属的理化特性不同，凝固时的传质、传热过程也与常规浇铸过程不同。合金元素的扩散是影响铸件综合性能的关键因素，然而目前关于温度场对该工艺下合金元素扩散规律的影响研究尚不多见。余世浩等[5-6]研究了型内熔化扩散过程中合金元素的浓度分布，建立了合金元素扩散方程。……