铝合金半连续铸造过程中的液穴温度分布

针对生产一线对于铸锭质量控制和优化生产工艺的需求,在工厂实际生产平台上通过实验方法,测量了热顶立式半连续铸造圆铸锭液穴内部和凝固部分各个不同位置的温度,并通过插值方法得到了整体的温度分布,分析了糊状区的分布特点。结果表明热帽对保持铝液的温度起着明显的作用,结晶器一次冷却区的冷却速度不大,铸锭在凝固过程中散热主要通过二次冷却区冷却水的激冷作用实现。该文结果为工艺参数的优化提供了参考。     

硬铝合金半连续铸造过程数值模拟及裂纹倾向性研究

对凝固过程中流场、应力场、温度场及微观组织形态进行数值模拟,能帮助工艺设计人员分析不同时刻凝固过程的温度分布、金属流态、结晶晶粒尺寸、应力分布等重要物理参数,从而预测疏松、偏析、夹杂及热裂纹等缺陷.在结晶器下方设置区域冷却装置,控制区域冷却装置刮水板的作用位置,能够阻挡冷却水沿铸锭下流,实现区域冷却的效果.通过研究温度...     

低频电磁场对传统热顶铸造6063铝合金凝固过程的影响

在传统热顶铸造过程中施加低频电磁场,使用热电偶测量了稳定铸造阶段从铸锭中心到边部不同位置的冷却过程,得到了铸锭内部的温度分布,分析了低频电磁场对传统热顶铸造6063铝合金凝固过程、宏观组织和表面偏析层厚度的影响.实验表明:低频电磁场使铝熔体产生的强制对流使熔池内的温度分布更加均匀,促进了铝熔体过热的散失,使熔池内的温度低于6063铝合金的液相线温度,提高了熔池内部形核质点的数量,在没有添加细化剂条件下使铸锭宏观组织均匀细小,降低了液穴深度.铝熔体流动速度的加快能增强石墨环与铝熔体之间的换热,使结晶器内铸锭表面初始凝壳点位置上移,减小了铝熔体与结晶器的有效接触高度,提高了铸锭的表面质量.     

热型连铸工艺凝固过程的数值模拟

采用直接差分的方法对热型连铸工艺凝固过程的稳定温度场进行了模拟,绘制了热型连铸工艺凝固过程的温度曲线,分析了铸型出口温度、冷却条件、连铸速度和型内金属液温度对凝固温度曲线的影响．铸型出口温度、冷却条件、连铸速度依次为影响液固界面的主要因素,型内金属液温度对液固界面的影响很小．     

盒形件压铸模具冷却流道排布的研究

为了给盒形件压铸模具冷却流道的设计提供依据,提出了一种新的冷却流道排布的优化方法.采用有限元模拟对盒形件压铸模具的热平衡、温度场、热应力、热疲劳分布和铸件的凝固分数进行了分析,确定出了冷却流道传热系数和流体流速之间的关系,在模具冷却流道横向排布和纵向排布情况下,得到了模具热应力、热疲劳和铸件凝固分数随冷却流道排布间隔变化的规律.考虑到模具材料的屈服应力随温度变化的特点,提出了采用热应力影响因子来评估模具在热应力作用下的安全程度.研究结果表明,在满足生产效率的情况下,为保证工件能够达到一定的凝固分数,应尽可能地增大冷却流道的间距,以减小模具热应力,增加模具的热疲劳寿命.当冷却流道横向排布间距为25 mm时,模具只需6次循环即可达到热平衡,模具的热应力和热疲劳区域位于模具型腔下10mm以内的区域,并且热应力影响因子均小于0.5.     

定向凝固通道偏析的数值模拟

为了研究二元组分铸锭中通道偏析的形成和发展,建立了双扩散作用下糊状区液相流动与溶质分布的数学模型,并对铸锭定向凝固过程中的通道偏析进行了数值模拟。运用SIMPLE算法编制了求解数学模型的程序,对模型中的质量、动量、能量和溶质等守恒方程联立求解。通过对NH4Cl-H2O铸锭底面冷却、凝固过程进行模拟研究,得到了定向凝固过程中的温度场、流场、溶质场。铸锭底面冷却时,富含溶质的枝晶间液相的流动可形成垂直向上生长的偏析通道,一些偏析通道由于相连通道的优先生长导致溶质贫化而被掩埋。通道的形成与溶质质量分数C0有很大关系,C0越高,越容易形成通道。C0较低的铸锭,只有在溶质富集到一定程度后才会产生通道。     

多晶硅铸锭炉加热器的优化及其热场模拟

以美国GT Solar公司DSS~(TM) 450型多晶硅铸锭炉为模型,提出了一种新的加热器优化设计方案。通过建立热力学三维模型,利用数值模拟的方法,对加热器优化前后铸锭炉内部的热场分布进行仿真,发现优化加热器对边缘区域的中间部分的温度有较好的补偿作用,在一定程度上改善了热场分布的均匀性;与未优化情况相比,热场分布的等温线更加平直,曲率更小;在同样的加热功率条件下,晶体硅可以被加热到更高的温度,优化后的加热器具有更高的加热效率。     

超声对铝合金凝固传热与组织形成的影响与作用机制

分温度区间段对铝合金熔体实施超声波振动,研究不同阶段导入超声对熔体内部能量传递与铸锭组织的影响,并探索各个阶段相应的超声作用机制。研究结果表明:超声波作用于固液相区时产生的结晶体谐振效应促使其冷却速率大幅提高,并有效地细化凝固组织;在高于液相线温度区间,超声热效应使熔体的冷却速率略有降低,在液相中产生的超声空化效应能够扩大过冷区、提高形核率,取得显著的细晶效果,但这种细晶效果将随施振温度的提高而逐渐减弱。空化效应与谐振效应是在铝合金凝固过程不同阶段超声细晶的两个主导机制。     

影响热型连铸制备纯铝线材的工艺因素研究

在自制的水平式热型连铸设备上进行了工艺实验 ,结果发现 ,铸型温度、连铸速度、冷却距离对液固界面的位置有着显著影响 .要想得到成功的热型连铸铸锭 ,铸型温度、连铸速度和冷却距离必须相互配合     

定向凝固固-液界面温度场数学模型

作者在广泛研究国内外定向凝固温度分布数学模型的基础上,从温度和时间,温度和凝固距离的物理概念出发,运用近代凝固理论和数学方法,建立了定向凝固固-液界面温度场的偏微分方程,并严格的求解,获得了固-液界面温度场的数学模型,通过此数学模型可以求出一系列的凝固热参数,即温度梯度G,凝固速率R,冷却速态V,固-液界面特征温度T_c。     

外加电磁场作用下铸锭冒口凝固过程数值模拟研究

为了强化铸锭冒口补缩效果,在冒口区域外加电磁场,在电磁场作用下控制冒口凝固过程.通过ANSYS模拟计算外加电流强度、频率等对铸锭冒口凝固过程中电磁场与温度场分布影响规律.结果表明:感生焦耳热可有效补偿冒口热量损失,改善温度场分布,随着电流强度和电源频率的增加,冒口温度场分布越均匀,电流I=1000 A,频率f=2200...     

连续铸轧辊套传热分析

在连续铸轧中,金属液经铸嘴装置连续不断地注入2个相向旋转、内部通水冷却的铸轧辊的辊缝中间,金属液在辊缝中冷却、凝固结晶并经轧制成形.作者通过建立铸坯与铸轧辊辊套之间强温变耦合特性的界面接触热导模型及铸坯和铸轧辊辊套传热数学模型,对铸轧辊与铸坯的温度场进行了仿真,并分析了辊套的厚度、导热系数和表面粗糙度对辊套温度分布的影响.通过仿真分析发现辊套外表面温度在铸轧区变化剧烈,辊套进入铸轧区入口处温度开始急剧上升,但最高温度并不在出口处,而是在轧制区靠近出口处.辊套离开铸轧区后温度开始下降,进入入口处时温度降至最低;界面导热能力随辊套表面粗糙度减小、辊套材料的导热系数增大、辊套厚度减小而增大.     

基于实验与3D-CAFé法的高硅钢铸锭凝固行为

通过空冷和水冷实验研究了高硅钢的铸态组织,发现高硅钢铸态组织主要由粗大的柱状晶构成,水冷铸锭中柱状晶比例高达90%以上.依据铸锭的化学成分和晶粒统计结果,确定了3D-CAFE法模拟所需的枝晶生长动力学系数及高斯分布等参数.采用CAFE法对不同冷却条件下高硅钢的凝固过程进行模拟研究,发现空冷铸锭较水冷铸锭的温度场更均匀,糊状区更宽阔;空冷铸锭呈"过渡式"凝固,水冷铸锭呈"分层式"凝固;空冷流场较水冷流场更稳定,凝固末期冒口处出现明显的抽吸现象,而水冷模拟结果中未观察到该现象.组织模拟结果发现,模拟得到的高硅钢凝固组织无论是形貌还是晶粒尺寸都与实验结果相一致;最后通过改变浇注温度模拟研究了过热度对高硅钢凝固组织的影响,结果表明,随着过热度的降低,铸锭中心等轴晶率提高,晶粒数量增加,晶粒尺寸变得细小.     

连铸二冷区喷嘴布置方式优化方法

对现有连铸二冷区喷嘴布置进行分析,根据布置优化原则提出采用喷嘴水流密度数值叠加的方法,在拉坯方向和铸坯横断面方向上对喷嘴布置方式进行优化。其中,在铸坯横断面方向上,考虑了横向水流密度分布的不均匀性对铸坯凝固过程的影响,建立二维铸坯传热数学模型,仿真得到不同位置的铸坯断面凝固形貌,并比较了优化前后铸坯温度分布、凝固情况和铸坯质量。结果表明喷嘴布置方式优化后,二冷区铸坯在拉坯方向和断面方向上喷淋水区域内均匀冷却,周期性温度回升变小,表面温度能够均匀下降,保证了较好的铸坯内部质量。     

Cu Al Ni Mn Ti合金X相

用金相、电子能谱微区成分分析等方法研究了ＣｕＡｌＮｉＭｎＴｉ 合金中Ｘ相的形成及热处理对Ｘ 相的大小、数量及分布的影响．结果表明：Ｘ相是在铸锭凝固过程中直接从液相中结晶形成的,在均匀化过程中,枝晶逐渐溶解、断开,形成游离的颗粒状Ｘ相;在热处理过程中,逐渐球化形成ＸＬ 相．当热处理温度较高时,ＸＬ 相会部分地溶解,冷却时以脱溶方式形成大量弥散分布的ＸＳ 相;而当热处理温度降低时,ＸＳ 相又重新聚集形成ＸＬ 相．     

水冷铜模与砂模铸造M2钢显微组织对比

采用实验室25 kg高频真空感应炉熔炼M2钢,并用水冷铜模和砂模均浇铸为横截面100 mm×50 mm的M2钢铸锭,研究冷却速度对M2钢二次枝晶间距、渗透率、碳化物和晶粒尺寸及分布的影响.研究结果表明：M2钢凝固过程中,快的冷却速度能有效减小二次枝晶间距、渗透率、晶粒和网状碳化物的尺寸,同时可以改善晶粒和网状碳化物的分布和均匀性；砂模和水冷铜模M2钢铸锭的平均二次枝晶间距分别为42.5μm和21.6μm,平均冷却速度为1.06 K·s-1和12.50 K·s-1,平均渗透率分别为0.13μm2和0.035μm2.快的冷却速度能有效减轻中心碳偏析程度,砂模和水冷铜模模铸的M2钢铸锭中心碳化物面积分数分别为0.46和0.30,且其较各自的平均值分别增大38.7%和2.2%；水冷铜模铸锭平均晶粒尺寸(43.1μm)较砂模铸锭的平均晶粒尺寸(72.6μm)减小约40.7%,铸锭中心晶粒尺寸减小43.2%,且水冷铜模铸锭的晶粒尺寸较砂模铸锭均匀.文中获得了M2钢凝固过程中晶粒尺寸与冷却速度的关系式.     

7050铝合金半连铸过程应力场及开裂倾向

7050铝合金在半连铸生产过程中发生热裂和冷裂的倾向很高,不但影响了产品的质量和生产效率,还可能导致生产事故.工厂常采用试错法以找到最优的工艺参数,但这种方法成本高且效率低.运用数值模拟的方法再现铸造过程中各物理场的变化情况,已成为优化铝合金熔铸工艺非常重要的研究手段.本文通过将温度场、流场和应力场进行直接耦合,对7050铝合金的半连铸过程进行了数值模拟研究.结果显示,在糊状区沿铸锭宽度方向的应力和应变分量最大,特别是在起始铸造阶段,因而最容易在起始阶段产生垂直于宽度方向的热裂纹.冷裂与铸锭内应力集中有关,根据计算可知铸锭在冷却至200℃时冷裂倾向最大.由实际裂纹所处的部位及所需的临界尺寸可以推测,该冷裂纹极有可能是糊状区产生的热裂纹在低温时失稳扩展而形成的.     

铝合金大铸锭超声半连铸多场耦合的数值模拟与实验研究

建立了超声场下直径630 mm的铝合金大铸锭热顶半连铸过程中多场耦合的数学模型,采用有限体积法及自定义函数获得超声作用下结晶器内声场、流场和温度场的分布,并进行工业化实验研究。综合工业实验和仿真结果分析超声对热顶半连铸铝合金大铸锭细晶的机理。模拟结果表明,超声波对宏观物理场的影响非常明显,施加超声后,辐射杆端面下方形成向上的回流区,强烈的紊流促进铝熔体的传质传热,减小液穴深度,使液穴更加平缓,同时初始凝壳点下移,过渡带变窄,铸锭中心处过渡带宽度从342 mm减小到120 mm左右。分析实验结果发现,经超声处理,铸锭组织普遍变得细小、均匀,平均晶粒尺寸减小103μm,最大最小晶粒尺寸差从135μm减小到64μm,且凝固组织晶界变细。     

水冷换热系数的研究及平面凝固铸造的数值模拟

分别建立了喷雾冷却和平面凝固铸造的二维计算模型.根据对1070铝合金方锭末端冷却所测得的温度数据,反求出不同水压下冷却面表面温度与换热系数的变化规律,并将其作为边界条件导入平面凝固铸造的计算模型进行可靠性验证.结果表明:界面换热系数随冷却面温度的降低先升高后降低,在400K左右达到峰值.随着冷却水压的增加,换热系数的峰值和峰值对应的温度值也相应增大.铸造实验测温结果表明:所用平面凝固装置可实现凝固前沿宏观上呈平面上升,且凝固过程中铸锭各处冷却均匀;与数学模型计算结果吻合良好,说明该模型可用于平面凝固铸造工艺方案的研究.     

真空冶金法提纯锑掺杂单晶硅埚底料的实验研究

采用真空定向凝固技术,在不同真空定向凝固条件下,对拉制锑掺杂的单晶后的埚底料进行提纯并得到铸锭.对不同生长条件下铸锭的生长形貌进行分析.同时,通过ICP-AES测定了铸锭纵向的杂质元素的分布.结果表明,杂质Sb从底端到中上端由于定向凝固的作用呈现浓度升高,从中上端到顶端由于真空蒸馏的作用呈现浓度降低.