大型锻造用钢锭凝固疏松缺陷的数值模拟

利用有限元软件ProCast对大型锻造用钢锭的非稳态浇注过程和凝固过程进行了数值模拟。对两种不同的浇注工艺方案,通过温度场和固相场,分析了采用双包浇注时不同浇注温度对凝固过程和疏松形成规律的影响。结果发现：后浇包的浇注温度低,加快了钢锭上部的凝固,降低了冒口的补缩能力,导致疏松缺陷偏下,数值模拟与实验结果基本吻合。而方案2模拟的疏松缺陷向冒口处上移92mm,更有利于钢锭锻造过程中对疏松缺陷的消除。     

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.     

悬浮浇注高锰钢新工艺的研究

悬浮浇注是国际上六十年代末、七十年代初期出现的一种铸造新工艺方法。它是在铸钢件或钢锭浇注时加入与钢成分相应的固体金属粉末,从而能改变铸件结晶凝固过程,细化结晶组织、减少宏观和微观缺陷,提高铸件致密度和性能的一种新工艺。 从1976年起到1980年止,经过四年的研究工作,先后在铸件中加入不同悬浮剂,如     

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。     

冷封顶镇静钢钢锭在模内传搁和液芯均热过程凝固规律冷态模拟方法的探讨

钢锭冷态模拟介质,国外多用NH_4CI和KI,我们采用硫代硫酸钠作为介质,能较好演示钢锭结晶过程,为了定量模拟热态钢锭结晶和钢锭均热过程,以相似原理为依据,引用付立叶或凝固准数做决定性准数,以模拟钢锭在模内传搁和均热过程的温度场,液芯率和凝固速度等现象,初步实验与工业实际相吻合,钢锭凝固数据有一定参考价值。均热过程一些数据尚待实际资料证明和修正。     

声悬浮条件下Ag-Cu共晶合金的无容器凝固研究

采用声悬浮技术结合激光加热,实现了Ag-Cu共晶合金的无容器熔化与凝固,并通过CMOS图像分析与数值计算,研究了声悬浮过程中合金熔体的温度场分布特性.由于声辐射压作用,合金熔体在声悬浮条件下呈现扁球或圆饼形,表面温度沿赤道点到极点方向升高.凝固样品表面出现涟漪状波纹,统计分析发现,该表面波纹出现在大变形(a/b>2.1)的样品上.波纹中心为共晶形核点,且波纹传播方向与共晶生长方向相同.分析表明,表面形核以及形核后辐射推移的固液界面是形成表面波纹的先决条件.声场的增强能够促进悬浮样品在表面形核.     

挤压铸造碳纤维增强A356金属基复合材料凝固过程的研究

分析了挤压铸造制备ＣＦ／Ａ３５６复合材料的充填过程，研究了工艺参数对基体合金凝固组织的影响．实验结果表明，当预制件中纤维均匀分布时，存在三角形、正方形、六边形３种排列方式，其充填阻力Ｐ＝４．３２ＭＰａ．挤压铸造ＣＦ／Ａ３５６复合材料时，当浇注温度较高时，其凝固发生在整个浸渗过程结束之后，这是由于模具和纤维的激冷作用，而首先凝固的晶坯在浸渗过程中局部或完全重熔；基体合金初生α－Ａｌ相在纤维间隙中形核并逐渐向纤维表面长大；而共晶Ｓｉ相依附碳纤维表面形核并长大，当预制件预热温度高于基体熔点时，共晶Ｓｉ相包覆碳纤维表面长大．随着凝固冷却速率的降低，共晶Ｓｉ相形态发生从蠕虫状、细针状到片状或块状的转变，其尺寸由小到大变化．     

注温和注速对钢锭头部积渣的影响

使用膨胀型复合模铸保护渣保护浇注钢锭 ,普遍存在的一个问题是容易使钢锭产生头部积渣这一表面缺陷。通过工业实验 ,研究了注温和注速这两个主要浇注工艺条件对钢锭头部积渣的影响规律。研究结果显示 ,适当提高浇注温度和适当降低浇注速度可以减少钢锭头部积渣 ,改善钢锭表面质量。     

注温和注速对钢锭头部积渣的影响

使用膨胀型复合模铸保护渣保护浇注钢锭,普遍存在的一个问题是容易使钢锭产生头部积渣这一表面缺陷。通过工业实验,研究了注温和注速这两个主要浇注工艺条件对钢锭头部积渣的影响规律。研究结果显示,适当提高浇注温度和适当降低浇注速度可以减少钢锭头部积渣,改善钢锭表面质量。     

电渣液态浇注空心钢锭的数值模拟

建立了电渣液态浇注空心钢锭体系三维准稳态数学模型,利用商业软件ANSYS与CFX进行顺序耦合求解,得到了电渣液态浇注空心钢锭过程的电场、磁场、温度场与流场.计算结果表明,由于采用了导电结晶器技术,渣池电位、焦耳热分布、磁场分布、流场分布与温度场分布等均有别于传统电渣重熔过程.渣池高温区位于外结晶器壁附近,远离渣金界面,最高温度为2 113 K.渣池流场存在两个漩涡,浮力为主要的驱动力,熔渣最大速度为0.068m.s-1.金属熔池呈浅平状,有利于提高空心钢锭的凝固质量.     

浇注温度对AlSi7Mg合金显微组织的影响

研究了不同的烧注温度对铸造AlSi7Mg合金凝固组织的影响。实验表明：当浇注湿度接近液相线温度时,AlSi7Mg合金中的初生α－Al凝固成球状或粒状,晶粒细小,分布均匀;获得球状或粒状AlSi7Mg合金半固态坯料的最佳浇注温度为615℃;在接近液相线温度下浇注,较快的合金溶体冷却速度、浇注引起的合金溶体流动和大范围的同时凝固促使AlSi7Mg合金形成球状或粒状的初生α－Al组织。     

ZA27铸造合金的凝固特性

研究了ZA27铸造合金中的常见微量元素以及铸件厚度，浇注温度，变质处理对ZA27合金凝固特性的影响，实验结果表明，铸件厚度是影响ZA27合金凝固特性的最主要因素，适量的Ti可以改善ZA27合金的凝固特性，浇注温度及变质处理对ZA27合金的凝固特性也有不同程度的影响，根据实验结果，推荐了较佳工艺参数。     

大型电渣炉钢锭凝固过程的动态快速响应模型

为了研究电渣重熔中凝固过程对钢锭质量的影响,建立了大型电渣重熔过程钢锭凝固过程动态快速响应数学模型 利用控制容积积分法离散数学模型方程,采用附加源项法解决非线性模型方程快速迭代收敛问题 应用该模型预测的温度场及金属熔池形状同实验结果吻合较好 针对一典型大钢锭凝固过程动态温度分布及熔池形状进行了模拟分析,结果表明,当钢锭高度线性增加,而重熔钢锭锭高与直径之比超过1 1时,钢锭熔池形状基本稳定;在低熔铸速度阶段,熔铸速度对最大液池深度的影响不大;当熔铸速度增加时,熔铸速度对最大液池深度的影响有增大倾向     

NiAl 金属间化合物快速凝固冷却速率的估算

以热流分析为基础，估算了Ｎｉ原子分数分别为５３％和７２％的ＮｉＡｌ金属间化合物快速凝固过程中的冷却速率，研究了合金比热、熔化潜热及结晶温度间隔等对冷却速率的影响．结果发现，ＮｉＡｌ金属间化合物快速凝固过程中的冷却速率在２．５６×１０４～８．０２×１０５Ｋ／ｓ之间．快速凝固开始后的冷却速率将有所下降，下降幅度和熔化潜热及结晶温度间隔的大小有关     

洁净钢氮化钛凝固细化技术的基础

从理论上研究洁净钢凝固过程中TiN的析出和形核规律,通过试验探讨洁净钢凝固过程TiN形核并作为铁素体非均质形核核心,以及细化连铸坯凝固组织消除宏观偏析的可能性.利用基本凝固理论计算得出了TiN在凝固初期析出的条件,并利用对比试验方法研究了TiN的实际细化效果.研究表明,通过严格的工艺控制,利用TiN形核是一种细化洁净钢凝固组织的有效手段.     

宽板坯凝固前沿轻压下率模型的研究

结合连铸坯凝固规律及轻压下技术改善铸坯中心偏析的冶金原理,建立宽板坯轻压下率理论模型。根据某厂连铸宽板坯实际生产条件,以传热模型计算的铸坯凝固温度数据作为轻压下率模型计算条件,分析拉速、浇注温度、坯壳凝固收缩特性对铸坯轻压下率的影响规律。结果表明,在相同的拉速和浇注温度条件下,铸坯轻压下率沿拉坯方向的分布总体呈减小趋势;拉速较高时的起始轻压下率小于拉速较低时对应的起始轻压下率;拉速与平均轻压下率呈线性递减关系:拉速每升高0.1m/min,平均轻压下率减小0.015mm/m;浇注温度越低,轻压下区起始轻压下率的值越高;浇注温度对平均轻压下率的影响较小,浇注温度每升高10℃,平均轻压下率仅减小0.002 5mm/m;铸坯外部凝固坯壳的收缩对整个轻压下区平均轻压下率的贡献量为20.4%～22.3%。     

电渣重熔凝固过程的动态控制

本文建立了电渣重熔凝固过程的动态数学模型,根据该模型对重熔过程中的液态金属熔池深度进行恒值控制,计算出了控制过程中钢锭的局部凝固时间、枝晶前方的温度梯度与枝晶生长速度之比这两个凝固参数。探讨了从凝固参数内在变化的要求出发确定工艺曲线的方法。     

Pb-6％Bi合金熔体结构转变及其对凝固的影响

通过Pb-6％Bi(质量分数)合金熔体的电阻率-温度行为，揭示在第一轮升温过程于813.3～1 135.9℃温度区间内发生熔体结构状态不可逆的变化；探索熔体状态对凝固行为与组织的影响，并利用牛顿热分析法(NrA)计算凝固潜热及固相分数随时间的变化。研究结果表明：当合金熔体经历结构转变后，凝固过冷度从5.4℃增大到8.4℃，凝固潜热从5.33×107 J/m3增加到7.08×107J/m3，凝固所需时间由28 s增加到39 s，凝固组织显著细化。熔体结构变化是合金熔体中Bi-Bi共价键原子团簇分解所致，且这一过程是一个熵增的过程，新的熔体结构更加均匀无序；当温度降低时，这些团簇不会重新形成。这会使得凝固形核需要有更大的过冷度，形核率增加，晶体生长速度降低，从而致使组织细化。不同的熔体结构状态对凝固有明显的影响。     

基于均匀形核的金属液滴凝固过程

研究了均匀形核的金属液滴凝固过程,应用渐近分析法求得金属液滴内晶核生长数学模型的渐近解,分析了表面张力、界面动力学参数、初始晶核尺寸和过冷度对晶核界面生长速度、晶核半径以及液滴凝固时间的影响。在一定的过冷条件下,表面张力和界面动力学参数显著减缓了晶核界面生长速度。在凝固开始的很短时间内晶核界面生长速度迅速上升,当速度上升到最大值后,随着晶核半径的增大,界面生长速度逐渐减慢,表面张力和界面动力学参数对晶核生长速度的作用也逐渐减小。过冷度越大,液滴凝固时间越短。经过在开始的瞬变凝固阶段之后,温度场从设定的初始分布迅速地调整为由过冷度、表面张力、界面动力学参数等所确定的特定温度分布。