集成压铸是高压压铸（HPDC）技术的一种改进，它能够在一步中制造出大型部件，而无需额外焊接[1]。这项技术降低了制造成本，同时减少了部件的整体重量。其在电动汽车中的应用带来了重量减轻和行驶里程延长[2]、[3]。使用这种工艺可以生产更多的部件，如前置发动机舱、后部底盘、电动驱动壳体和电机壳体。然而，通过集成压铸制造的部件通常具有较低的产量率，并且沿流动方向的机械性能不均匀[4]，这阻碍了其大规模应用。在HPDC过程中，亚共晶Al-Si合金通常在表面附近形成细晶区域，在中心形成缺陷带和外部凝固晶体（ESC）区域[5]、[6]。在亚共晶Al-Si合金中，缺陷带是富Si区域，在流动后期被认为是孔隙富集区域，这会降低铸件的机械性能[7]、[8]。调整浇口速度[9]和合金成分[10]可以改善总流动长度，并影响流动后期的孔隙分布。作为新型开发的HPDC用亚共晶Al-Si合金，AlSi9MnVZr在保持高流动性的同时，还具有较高的延伸率（EL）。进一步优化工艺参数有望实现对流动性和机械性能的精确控制，扩大其在大型集成压铸件中的应用，并为理解HPDC条件下Al合金沿流动方向缺陷的演变提供实验依据。
“有效流动长度”[4]的概念为流动性与机械性能之间的关联提供了新的框架。沿流动方向，机械性能在中期流动阶段表现出明显的延伸率下降和极限抗拉强度（UTS）轻微降低。因此，有效流动长度被定义为机械性能急剧恶化之前的距离，在当前实验中仅约占总流动长度的一半。延伸率的下降是由于流动后期孔隙率的增加[11]。虽然机械性能测试可以反映缺陷密度，但它对采样位置非常敏感，尤其是对于大型铸件，需要复杂的采样和测试程序。此外，不同合金可能表现出不同的有效流动长度，这突显了需要一种快速且广泛适用的实验标准来识别不同合金中孔隙率升高的区域。在HPDC中，孔隙主要由气孔、收缩孔和收缩腔组成。气孔是由于熔体夹带造成的[12]，而收缩孔和收缩腔是由于凝固过程中进料不足引起的[13]。在HPDC过程中，孔隙主要在缺陷带内积聚。缺陷带内孔隙的形成主要归因于两个因素[14]：首先，膨胀变形导致液相分流不足，为气泡的膨胀提供了空间，并在氢扩散作用下促进其生长[15]；其次，由于局部收缩和热传递受限，导致进料不足，从而形成和扩展收缩孔和腔体。
强化压力和壁厚影响进料能力[16]。然而，在薄壁铸件中，壁厚通常固定为约3毫米，增加强化压力主要减少浇口附近的孔隙率，但在流动方向上的效果有限。由于HPDC涉及大量工艺参数，优化这些参数以实现良好的流动性和沿流动长度的均匀机械性能仍然是一个重大挑战。作为控制流动性的最关键参数之一，浇口速度具有很大的潜力来解决这个问题。然而，这并不意味着提高浇口速度会同时改善流动性和机械性能。较高的浇口速度可能会以雾状形式夹带气体，导致湍流和飞溅，从而增加孔隙率[9]。在高速强制对流下，马格努斯效应[17]和缺陷带的形成与熔体中的剪切应力密切相关[18]。熔体流动或强化压力产生的剪切应力会导致部分固化的晶粒网络崩塌，扩展半固态区域，并将剩余熔体注入其中，形成HPDC铸件中的典型缺陷带[19]。在填充过程中，熔体流动轮廓内外的流速和固相分数的变化会导致晶体旋转和破碎，扩大晶界间隙并促进缺陷带内的孔隙聚集[20]。在熔体流动的最后阶段，随着流速的降低，剪切应力也会发生变化。然而，目前还没有直接的实验证据能够证实剪切力的变化与孔隙率演变之间的关系。
目前的研究缺乏通过浇口速度控制同时调节流动性和机械性能的有效策略，需要一个快速的实验标准来识别流动方向上孔隙率显著变化的区域，以确定流动末端（缺陷流动末端）的位置。计算机断层扫描（CT）为这种验证提供了一种有效的实验方法。然而，沿流动方向的孔隙演变过程尚未系统报道。现有关于浇口速度对流动性和机械性能影响的研究主要是观察性的，缺乏深入的机制解释。需要结合实验和模拟的方法来提供更有说服力的证据，以阐明潜在机制。预模拟可以在实验前快速筛选合金成分和工艺参数。尽管如此，大多数现有的模具填充数值模拟都是基于连续性和纳维-斯托克斯方程[21]、[22]，这些方法计算成本较高。相比之下，格子玻尔兹曼方法（LBM）提供了一种更快、更准确的模拟高雷诺数（Re）和高剪切率流动的方法，非常适合HPDC过程。
在这项工作中，使用了一种新设计的模具来比较不同浇口速度下AlSi9MnVZr合金的流动性，并检查了沿流动方向的机械性能变化。通过同步辐射X射线CT在不同浇口速度下观察了流动后期的孔隙演变。此外，还使用基于LBM的模拟程序来模拟从部分发展的湍流到层流的过程，为实验观察结果提供了解释。在此基础上，定义了流动末端、停止点、停止点形成时间和临界浇口速度的概念。研究表明，通过适当控制浇口速度，可以同时实现高流动性和低孔隙率。此外，还发现了一个以前未报道的孔隙演变过程。结合上述概念，这些发现阐明了HPDC条件下流动末端孔隙演变的机制。
