换热条件对侧向定向凝固过程及组织的影响研究

发布时间：2022-08-13 16:13

　　定向凝固是生产优质特厚板坯的工艺方法,相较传统钢锭生产有一定的质量优势,相对电渣重熔工艺成本较低,对其凝固过程及组织进行控制是实现该工艺工业化生产的关键。本文针对该关键问题采用热态实验和数值模拟相结合的方法研究换热条件对定向凝固过程和组织的影响规律。设计了侧向定向凝固的模拟试验装置,开展了Sn-Bi合金实验、42Cr Mo钢浇铸试验,建立了侧向定向凝固的数学模型,研究了水冷、空冷等条件下对侧向定向凝固枝晶生长规律。研究结果表明:本浇注试验条件下,水冷和空冷条件下柱状晶生成长度分别为130mm和90mm,水冷条件下柱状晶比空冷长44.4%,并且水冷条件下产生的晶粒中存在更多的亚结构和内应力。水冷保温侧向中心区生长的柱状晶则缩短33.3%,晶粒平均尺寸106.1um较空冷平均晶粒尺寸为170.8um缩小了37.8%更加致密。在本数值模拟条件下,随着体形核率由1×107降低至1×105,所需柱状晶长度由10.2mm增长至172.0mm,3000 W/m K的冷却强度较为适合柱状晶生长,1100℃为最佳预热温度。 

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
ABSTRACT
1.绪论
    1.1 引言
    1.2 特厚板生产现状
        1.2.1 特厚板特点
        1.2.2 国内外在特厚板钢坯制造的技术现状
        1.2.3 国内外在特厚板钢坯的定向凝固技术现状
    1.3 定向凝固理论研究
        1.3.1 成分过冷理论
        1.3.2 界面稳定动力学理论
    1.4 定向凝固过程形核与生长模型
        1.4.1 金属形核模型
        1.4.2 晶体生长模型
        1.4.3 随机性模型
    1.5 定向凝固组织与性能
        1.5.1 定向凝固的组织
        1.5.2 定向凝固的性能
    1.6 铸件凝固过程基本研究方法
        1.6.1 实验法
        1.6.2 物理模拟法
        1.6.3 数值模拟法
    1.7 凝固过程数值模拟的发展
        1.7.1 数值模拟方式和软件的发展
        1.7.2 凝固过程温度模拟发展
        1.7.3 凝固过程缺陷预测发展
2 SnBi合金与42Cr Mo的物理实验
    2.1 试验模具准备
    2.2 SnBi合金侧向定向凝固试验
        2.2.1 SnBi合金侧向凝固试验过程
        2.2.2 SnBi合金的实验结果分析
    2.3 42CrMo的物理实验
        2.3.1 熔化材料并浇铸
        2.3.2 宏观组织观察
        2.3.3 光学显微观察
        2.3.4 扫描电镜观察及能谱分析
        2.3.5 电解抛光与EBSD分析
    2.4 42CrMo侧向定向凝固的试验结果与分析
        2.4.1 宏观组织分析
        2.4.2 金相组织分析
        4.4.3 EDS及 EBSD分析
    2.5 本章小结
3 42CrMo的单侧定向凝固数值模拟
    3.1 42CrMo的数值模拟中的模型建立与材料数据计算
        3.1.1 模型设计与导入
        3.1.2 Mesh Cast文件导入和网格计算
        3.1.3 材料热物性参数确定
    3.2 模拟初始条件、边界条件及后处理条件的设立
        3.2.1 模拟初始条件确立
        3.2.2 边界条件确立
        3.2.3 CAFE后处理参数设置
    3.4 模拟结果与分析
        3.4.1 凝固过程温度场分析
        3.4.2 凝固过程组织分布及分析
    3.5 本章小结
4 不同参数对侧向定向凝固组织生长的影响
    4.1 体形核率对侧向定向凝固组织生长的影响
    4.2 冷却强度对侧向定向凝固组织生长的影响
    4.3 模具预热温度对侧向定向凝固组织生长的影响
    4.4 本章小结
5 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]定向凝固晶粒竞争生长的研究进展[J]. 王锦程,郭春文,李俊杰,王志军.  金属学报. 2018(05)
[2]铸钢件凝固过程宏观相组织的数值计算研究[J]. 方毅,车家宝,廖敦明,陈涛,曹流,孙飞.  铸造技术. 2018(03)
[3]海工钢特厚板的质量控制[J]. 李万明,吴少鹏,李德军,王鹏,臧喜民.  辽宁科技大学学报. 2018(01)
[4]界面特性对特厚板坯复合轧制复合效果的影响[J]. 孙建亮,彭艳,谷尚武,杜兴明.  中国机械工程. 2017(20)
[5]水冷模铸造技术的研究现状[J]. 耿明山,曹建宁,刘艳.  中国冶金. 2017(09)
[6]SS400特厚板坯连铸二冷凝固过程的数值模拟研究[J]. 吴亚飞,余晓霞,黄军,王宝峰,陈伟鹏.  铸造技术. 2017(02)
[7]连铸特厚板坯易发质量缺陷的控制[J]. 毛敬华,阮细保,韩志伟,孔意文,刘强.  连铸. 2015(05)
[8]液态金属冷却法制备重型燃机定向结晶空心叶片凝固过程的实验与模拟[J]. 卢玉章,席会杰,申健,郑伟,谢光,楼琅洪,张健.  金属学报. 2015(05)
[9]定向凝固技术的研究现状及发展趋势[J]. 李勇,郑碰菊,张建波,刘耀,杨新涛.  材料导报. 2014(23)
[10]大型特厚板坯料制造技术现状和发展趋势[J]. 耿明山,刘艳,黄衍林.  中国冶金. 2014(08)

博士论文
[1]高中压转子铸锭凝固过程数值模拟及服役条件下组织演变研究[D]. 顾涛.燕山大学 2015

硕士论文
[1]小型钢锭的优化设计与数值模拟研究[D]. 关锐.辽宁科技大学 2016
[2]大型铸钢件凝固过程数值模拟参数值优化[D]. 李建强.哈尔滨工业大学 2011



本文编号：3677352