空心钢锭凝固过程缺陷的模拟研究

利用有限元软件Pro CAST对65t空心钢锭底注式凝固过程进行了数值模拟。根据实验条件和实验结果,分析确定了最终凝固位置在距离内壁35%壁厚处时的内壁界面换热系数为400 W/m2·K.采用相同的锭型、浇注方式和边界条件对4.2 t Mn18Cr18N空心钢锭进行了模拟研究,分析了不同浇注温度和浇注速度下的凝固过程。结果表明,在浇注温度为1 415℃,浇注速度为25 kg/s条件下,实现了顺序凝固,最终凝固位置在冒口内,钢锭内没有出现宏观缩孔疏松,冒口根部下方靠近钢锭内壁处存在条状的显微缩松。     

大型钢锭凝固过程的计算机模拟

本文分析了钢锭-锭模系统的各种边界以及浇注过程中的热交换,应用直接差分法,建立了考虑浇注过程中热交换情况的大型钢锭凝固数值模拟方法,提出采用辐射传热处理钢锭、锭模边界产生气隙后的边界条件。最后应用所编程序计算了60t钢锭的凝固温度场,计算结果表明,显式直接差分法进行凝固数值模拟,单元剖分简单,计算方便。60t钢锭的计算温度场符合钢锭的凝固趋势。     

球墨铸铁件凝固过程三维数值模拟

根据卡赛提出的球墨铸铁件补缩原理,本文对球墨铸铁件凝固过程中的体积变化进行直接数值模拟,将模拟结果换算整理成铸件表现密度与浇注结束后时间的关系曲线,按此曲线,可根据冒口颈封闭时间来判断收缩缺陷的有无及严重程度。数值计算中考虑了共晶前期的温度回升、铸件和铸型间的紧密接触、二次收缩和铁水回流等球墨铸铁件的特有现象。对于试样中的收缩缺陷的程度和位置,数值模拟结果与实验结果基本符合。     

悬浮浇注对GCr15轴承钢凝固过程的影响

通过研究悬浮浇注工艺下ＧＣｒ１５轴承钢的凝固动力学过程来探讨悬浮剂的作用机理,并在实验的基础上分别讨论悬浮浇注工艺对钢锭凝固过程的温度分布、凝固速度、结晶温度间隔以及形核率的影响。实验结果表明,悬浮浇注能有效地提高钢锭的凝固速度,改善钢锭截面的温度分布和溶质元素的分布,减小合金的结晶温度间隔,增加钢锭形核率。其结果使钢锭凝固时间缩短,化学成分分布均匀,缩松缩孔减少,结晶组织细化。     

基于宏、细观模型的疏松缺陷研究方法

疏松缺陷在钢锭凝固过程中的形变能力影响了镦粗工件的最终性能,为消除锻造过程中的疏松缺陷,研究其闭合规律,需要建立正确的有限元模型。本文利用有限元分析软件Deform-2D建立宏细观两种尺度下的模型进行数值模拟,细观尺度下的模型为含有疏松缺陷的代表性特征体积元（RVE）,从宏观模型中抽取适当边界条件加载到代表性特征体积元（RVE）上,从而保证从宏观模型到细观模型数据传递的准确性,使细观模型能够再现宏观模型中存在疏松缺陷单元的热锻闭合过程,得到了传统有限元方法不易得到的良好效果,对合理制定锻压工艺从而消除锻件内部缺陷提供了重要理论依据。     

散热片对钢锭凝固过程影响数学模拟

钢锭在冷却过程中会出现疏松、缩孔和偏析等缺陷。本文提出在钢锭模上加散热片来加快钢锭的凝固,分析加不同形状的散热片后钢锭凝固过程中的温度场变化、全凝时间、缩孔情况的影响。研究表明:加散热片后钢锭凝固时间缩短了60 s,而且水平布置的散热片与竖直布置的散热片相比凝固速率加快了16%,加锥形数值散热片后,缩孔的体积最小为247.3 cm3。     

大扁锭凝固过程模拟及缩孔优化

对某钢厂28.7t钢锭凝固过程进行测温,并用有限元方法模拟该钢锭凝固过程温度场和凝固场分布.结果表明:温度模拟值与现场测量值吻合很好,证明模拟具有较高的准确性和可靠性;凝固初期,钢锭底部和保温冒与钢锭模连接处凝固较快;52min时,绝热板与钢锭间已形成一定气隙;前3h,钢锭侧面凝固顺序由模壁向钢锭中心平行推进;凝固后期较凝固前期凝固速度快;热电偶测得,保温冒中心凝固时间为428min,钢锭本体中心顶部凝固时间为365min,冒部全凝时间大于本体全凝时间的15%,有利于控制一次缩孔只存在于冒部.通过模拟将浇注温度由1543℃降低到1533℃,不但不影响保温帽钢液对本体的补缩作用,还可以使缩孔减小6mm,有利于提高钢锭质量.     

基于Anycasting铸造模拟技术的DA5排气歧管产品研制

对铸件充型凝固过程数值模拟是提高铸件质量和铸造生产经济效益的重要途径之一．在DA5排气歧管新品研制开发基础上,以模拟仿真软件Anycasting为工具,在DA5排气歧管模具设计初期,对不同浇注系统进行了铸件充型过程三维数值模拟,为浇注系统设计方案选择提供依据．同时通过高级缺陷分析,对缩孔缺陷进行了预测,为DA5排气歧管工艺方案改进提供了方向,缩短了DA5排气歧管新品研制周期．     

镁合金壳型件压铸数值模拟及缺陷分析

为避免镁合金压铸壳型件产生缺陷,利用有限差分模拟软件Flow-3D对镁合金壳型压铸件的充型及凝固过程进行多组正交试验,找出最佳的工艺参数。模拟结果表明:最佳压铸工艺参数为压射速度6m/s、模具温度220℃和浇注温度700℃。在最佳的模具温度及浇注温度下,得到不同的压射速度对后续凝固过程的影响。通过模拟结果分析,可以有效地预测在充型和凝固过程中可能出现的缺陷、形成位置及其形成原因,以使在实际生产中采用相应的措施避免产生缺陷,优化铸造过程。     

涨紧轮铸造工艺数值模拟

为缩短生产周期,降低生产成本,同时达到提高涨紧轮铸件质量的目的,利用Pro CAST软件对矿用涨紧轮铸造方案进行模拟优化.研究表明:在冒口根部安放保温套,可以减缓冒口内金属液的凝固使该处热节上移,同时延缓铸件上部金属液的凝固,促进自下而上顺序凝固的实现.从而使冒口根部的缩孔缩松缺陷脱离铸件上表面,底部的缩孔缩松缺陷大部分成堆分布于铸件底部轴心处.因此,对于涨紧轮,通过Pro CAST模拟,证明侧底面切线引入式浇注并且铸体带保温套的铸造工艺为最优方案.     

基于MAGMASOFT的大型铝合金叶轮铸造工艺模拟

设计了一种大型铝合金叶轮铸件的砂型铸造工艺方案。应用铸造模拟软件MAGMASOFT,对铸件的充型过程、卷气缺陷分布及温度场分布状况进行模拟计算。通过分析认为铸件产生缺陷的主要原因是口环处冒口设计不合理,提出应在口环处冒口加设保温套增加冒口的补缩作用。模拟验证结果表明,优化工艺后铸件缩孔、缩松问题得到有效解决。     

电磁水平连铸1560镍基合金的组织与性能研究

为提高1560镍基合金圆形铸锭的质量,采用电磁水平连铸方法对其进行生产实验,并对圆锭及其坯料再进一步轧制和冷拉所生产系列棒线材产品的组织与性能进行了研究。结果表明,该方法生产的1560镍基合金电磁铸锭的芯部由中心等轴晶组成,其溶质元素偏析程度明显降低,且常规水平连铸过程中常见的芯部裂纹、缩孔和疏松等缺陷也得到有效消除。该方法不仅取消了传统工艺中的铸坯退火、锻造及打磨等工序,而且还缩短了工艺流程,其产品成材率也由传统工艺时的70%提升到90%以上。     

超超临界火电站用COST-FB2转子钢控氮工艺研究

利用30kg真空感应炉进行不同氮分压和渗氮时间条件下的气相渗氮实验和热力学计算，研究COST-FB2钢的气相渗氮工艺.使用ARL4460直读光谱仪、TC-500气体分析仪、HIR-944B红外分析仪等对冶炼铸锭中部成分进行分析.结果表明:渗氮压力≤20kPa时，计算值和实验值吻合较好；气相渗氮是一级反应，渗氮时间为15min时，钢中氮含量达到平衡值；氮分压为1.5~6kPa时，COST-FB2钢中氮的质量分数可控制在0.015%~0.03%；为了避免浇铸过程中铸锭内部形成气孔缺陷，宜采用加压浇铸，压力至少为20kPa；为避免钢中大颗粒BN的形成，钢中氮的质量分数应控制在0.015%~0.02%，冶炼时，氮分压应控制为1.5~3kPa.     

熔模铸造双相不锈钢铸件缺陷分析及解决措施

针对铸件容易产生的充型不完整和产生气孔的缺陷,采用熔模铸造法试制双相不锈钢铸件.结果表明,通过控制金属液出炉温度和模壳温度并在铸件凝固时强化冷却,能防止上述缺陷的产生.应用试制工艺生产的铸件外观质量良好.     

基于ProCAST的大型铝合金横梁铸造过程模拟及工艺方案优化

采用铸造工艺模拟软件ProCAST对大型铝合金横梁砂型重力铸造充型和凝固过程进行了模拟，预测了铸造缺陷产生的区域并分析了原因。在此基础上，通过合理调整浇冒口系统的设计，并在局部区域配合使用冷铁增强冷却效果，消除了缩孔、缩松缺陷，优化了铸造工艺方案，为工艺实施奠定了基础。     

低碳Fe--Mn--Si--Al系TWIP钢的显微偏析行为

利用电子探针对实验室以及工厂冶炼的低碳Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢的显微偏析进行系统性检测.结果表明：该TWIP钢的实验室铸锭和工厂AOD电极锭具有明显的枝晶偏析,其中AOD电极锭的偏析程度更高,Mn和Al的最大偏析量分别高达6．8%和2．4%；AOD电极锭经电渣重熔后晶界偏析显著,偏析程度并没有得到明显减轻；最后经工厂高温锻造成型后的锭坯中晶界偏析得到改善.合金成分高和结晶温度间隔宽是产生较大显微偏析的主要原因.该TWIP钢的所有试样均呈相同的偏析规律,Mn为负偏析,Al和Si呈正偏析,且Al的偏析程度最高.通过Thermo-Calc对该TWIP钢的溶质分配系数进行计算,发现Mn和Al理论预测的显微偏析规律与实验所得的规律完全相反.通过实验验证,得出Si含量是影响Mn和Al偏析规律的决定性因素.     

铸钢件冒口离开热节动态顺序凝固补缩的计算机数值模拟

采用计算机三维热场数值计算法模拟了铸钢件-冒口系统的凝固补缩过程。结果表明，冒口安放处铸件的凝固时间延长80％以上，尤以热节处安放冒口凝固时间延长率最大。冒口放在热节上，冒口根部铸件发生缩松的可能性最大；冒口离开热节又不远离热节，冒口附近的温度梯度在形成缩松的固相率范围内都比较陡，铸件发生缩松的可能性很小。     

P91厚壁钢管混晶组织分析

P91厚壁钢管经金相检验时出现混晶现象，导致钢管的高温性能降低.对钢管热处理工艺、坯料种类和热轧过程中组织变化进行分析，结果表明:P91锻坯和连铸坯的种类不同并不会导致组织差异；钢管热轧后出现明显的混晶组织，仅通过传统正火+回火热处理工艺不能得到最优组织形态.将钢管的非平衡组织先转变为平衡组织，然后进行合理的热处理可有效优化组织均匀性;在同样的热轧工艺参数下，毛管中未出现混晶，而荒管中晶粒却发生了异常长大，则皮尔格轧制阶段为混晶的萌生阶段和改善组织均匀性的重要阶段.