锻造用钢锭凝固过程热应力场数值模拟

采用三维瞬态传热有限元方法,对13t锻造钢锭在凝固过程中的温度场和热应力场分布进行了数值计算及分析,探讨了钢锭在凝固过程中的应力分布规律.分析结果表明,在钢锭凝固初期,钢锭模内部承受压应力,外部承受托应力.由于凝固收缩,钢锭在凝固初期外表面受拉应力的作用.随着凝固的进行,锭模的热应力值不断下降.凝固结束时,钢锭呈表面受压心部受拉的应力分布状态.在凝固过程中,钢锭在反向圆弧处的收缩量最小,小倒角处的收缩量最大.本模拟可为优化钢锭模设计、提高钢锭质量提供依据.     

锻造用钢锭凝固过程温度场数值模拟及其应用

在分析锻造用钢锭凝固过程特点的基础上,建立起钢锭铸造凝固的二维非稳态温度场计算数学模型,并编制程序。计算结果反映了钢锭铸造凝固过程中温度场分布。利用该程序,可以对钢液在相似结构钢锭模中的凝固温度场进行预测和评价,也可以通过对比来优化钢锭模设计。     

42CrMo模铸钢锭凝固场数值仿真与超声检测分析

采用大型商业软件ProCAST建立了钢锭凝固传热数值仿真，钢锭模在凝固过程中的温度场是空间和时间的变化量，属于三维不稳定态传热。为了验证钢锭凝固过程温度场变化对钢锭冶金缺陷的影响，本文采用24寸42CrMo钢种钢锭模进行数值仿真。采取钢锭浇注过热度、断面温度梯度、液相线和固相线的分析，模拟了钢锭凝固过程中温度场、凝固分数、缩松率及Niyama的分布。通过仿真与实际操作工艺相结合，以及钢锭的超声检测和解剖验证的低倍检验，证明了仿真技术和超声检测可以提高钢锭的冶金质量。     

42CrMo模铸钢锭凝固场数值仿真与超声检测分析

采用大型商业软件ProCAST建立了钢锭凝固传热数值仿真,钢锭模在凝固过程中的温度场是空间和时间的变化量,属于三维不稳定态传热.为了验证钢锭凝固过程温度场变化对钢锭冶金缺陷的影响,本文采用24寸42CrMo钢种钢锭模进行数值仿真.采取钢锭浇注过热度、断面温度梯度、液相线和固相线的分析,模拟了钢锭凝固过程中温度场、凝固分...     

锭模斜度及浇注工艺对钢锭质量影响的数值模拟研究

采用THERCAST模拟软件,模拟35 t钢锭的浇注和凝固过程,分析钢锭内部缺陷形成的原因。模拟计算锭模斜度、浇注温度和浇注速度对缺陷分布的影响,得出材料为30Cr Ni Mo8的35 t钢锭最佳浇注工艺方案。     

模壁厚度对大钢锭传热及疏松缩孔影响的数值模拟

为研究模壁厚度对大型钢锭内部传热及疏松缩孔的影响,本文建立了三种不同厚度的锭模,并利用ProCAST软件对72 t钢锭进行了模拟。通过分析热流密度、凝固场和缩孔分布等模拟结果,发现模壁厚度对钢锭底部热流密度影响较小。增大壁厚,在凝固前期钢锭的中上部热流密度较大,凝固末期钢锭中部的热流密度略有减小。增大壁厚会减少钢锭上部疏松、减小冒口中缩孔体积,但钢锭中下部易产生疏松。壁厚对安全距离影响很小。     

基于凝固模拟的钢锭模锥度设计与验证

采用铸造模拟软件对生产过程中易出现缩孔、疏松的15 t钢锭进行了凝固模拟分析,预测了缩孔、疏松的位置及大小,模拟结果与实际解剖结果一致。在凝固模拟的基础上,设计了一系列新的钢锭模,根据模拟结果较好的钢锭模进行了模具制作,在生产中,新钢锭模取得了良好的效果。     

数值模拟在大钢锭制造中的应用

针对现有600 t级钢锭模结构,通过理论分析建立了适合低压转子用大钢锭凝固过程中传热及宏观偏析的数学模型。采用有限元数值模拟方法,利用Procast商业软件及自编专用程序分析了钢锭模的冷却条件、高径比、锥度对凝固过程温度分布、缩孔疏松及宏观偏析的影响规律。模拟结果及生产实践表明:现有600t级钢锭模结构比较合理,且数值模拟计算能够为生产提供理论依据与指导。     

锭重兼容式锭型设计对钢锭凝固质量影响的模拟

阐述了39~45t锭重兼容式锭型的设计思想,利用AnyCasting软件对其凝固过程及凝固质量进行了数值模拟研究。主要分析了搭配锭模垫圈致使锭型参数变化对钢锭凝固过程中温度场分布和凝固缺陷的影响。结果表明,39~45t锭重兼容式锭型允许的锭型参数变化不会明显改变钢锭凝固质量,其冒容比(14.52%)维持不变、细长比由1.437增至1.737、锥度由4.89%降低至4.01%,不会改变钢锭的凝固顺序。锭重的变化对钢锭中的C元素偏析分布的作用不明显;同时,随着锭重的增加,一次缩孔深度缩短,而缩松缺陷仍存在且位置下移。     

三维钢锭与锭模温度场耦合有限元分析系统

清华大学开发了钢锭与锭模在钢锭凝固过程中三维温度场分析软件,提出了专用的网格划分方法和气隙边界热交换的一种新的处理方式。系统分析了22t钢锭的凝固过程,并与实测结果进行了对比分析。     

新型气膜约束成形铝合金连续铸锭的研究

设计了一种新型气膜约束铝合金连铸结晶器,在结晶器与初凝壳之间可以形成气膜.设计思想是减少结晶器内的横向散热,形成连铸坯近似单向散热的条件,降低结晶器内的液穴深度,缩短初凝壳长度,从而减少或消除铝合金连铸坯内部缺陷,提高铝合金连铸坯内外品质.对新型结晶器与传统结晶器进行了传热数值模拟,证明凝固温度场发生很大变化.利用新型结晶器对7075铝合金进行了连铸试验,在气膜稳定平衡的条件下,连铸坯表面光滑.探讨了拉速、气体流量和气体压力的关系及其对连铸坯品质的影响,在液面高度稳定时,控制气体流量可以控制气膜的稳定性.     

冷却条件对TC6合金温度场和Cr偏析的影响

采用多场耦合重熔工艺仿真软件MeltFlow-VAR建立数值模型,研究了工业化大规格TC6合金在不同冷却条件下的温度场和Cr元素偏析行为,并通过制备Ф640 mm规格TC6合金铸锭进行验证。模拟结果表明：增大铸锭和坩埚间的换热后,铸锭熔池和糊状区深度变浅,整体呈现自下而上的顺序凝固,Cr元素偏析范围及整锭极差减小。结合实验验证表明：采用壁厚减薄的异形坩埚加强冷却后,凝固组织转变为全柱状晶,有利于减轻偏析,得到成分均匀性较高的铸锭。     

管内空气流动对大口径厚壁P92管道局部焊后热处理温度场的影响

使用Ansys CFX软件建立了P92管道与管内空气的共轭传热模型，并进行了试验验证.使用该模型计算了不同管内空气流速时，局部焊后热处理的温度场分布.结果表明，管内空气流动对恒温后管道外壁温度影响较小，但会显著降低内壁温度，并增加内、外壁的轴向温度梯度.随着管内空气流速的增加，焊缝中心内外壁温差和轴向温度梯度近似线性增加，空气流速每增加1 m/s，内外壁温差将增大约5.0℃，内、外壁轴向温度梯度分别增加约0.03和0.02.对热处理温度要求很高的P92管道，局部焊后热处理时应限制管道内空气流动，或在选取热处理参数时考虑空气流速的影响.     

INFLUENCE OF MOULD ROTATION ON MACROSEGREGATION IN INGOT

The macrosegregation formation in an ingot and the influence of rotating mould upon it wereanalysed on the basis of interdendritic flow.When the ingot mould rotates unidirectionally,thecentrifugal volume force acts on all inner parts,and when the ingot mould rotates alternately,the tangential alternate force is also formed,and both have various influences on the differentmodes of interdendritic flow.It is shown that as the ingot mould rotates unidirectionally oralternately with a moderate angular speed,the interdendritic unstable flow may be controlledeffectively and the formation of segregation may be restrained.Thus,it seems to be significantfor reducing the segregation such as A-type etc.,in the steel ingot.     

Air gap formation during solidification in cylindrical castings of pure aluminium and eutectic Al-Si

Casting of aluminium and eutectic Al-Si in a cylindrical mould has been performed. The air gap formed between the inner mould wall and the solidified shell was measured throughout the solidification process. Simultaneously the temperature distribution in the metal and the mould was measured. Calculations of the shrinkage of the metal were performed. The shrinkage due to thermal contraction was found to be too small to fit the measurements. A new model for the solidification process and the air gap formation was used, where the effect of the formation and condensation of lattice defects was considered. The condensation of lattice defects was used to explain the shrinkage and the air gap found experimentally.     

外浇包熔体温度对7075/6009铝合金铸锭组织和硬度分布的影响

采用双流浇注连续铸造技术制备了7075/6009铝合金铸件,重点研究了外浇包熔体温度对该复合材料铸锭的组织及铸锭横截面上成分和硬度分布的影响.结果表明:在其他工艺参数一定的情况下,外浇包熔体温度从720℃上升到760℃时,铸锭外层合金的平均厚度减少了14.3%,铸锭内层合金的平均二次枝晶间距由约15μm增加到20μm,铸锭外层合金的平均二次枝晶间距由约80μm增大到100μm,铸件内层合金和外层合金的硬度分别降低了8.5%和9.3%.     

铸锭旋转对宏观偏析的影响

本文研究了宏观偏析的形成过程及锭模旋转对偏析的影响。铸锭单向旋转时,其内部各点受到离心体积力的作用;交变旋转不仅产生离心力,而且形成切向交变力。两者均对不同类型的枝晶间液相流产生不同影响。实验表明,锭模以适当的转速旋转能有效地控制枝晶间非稳定流,抑制沟槽偏析的形成,对减轻诸如钢锭中A型偏析等有实际意义。     

凝固过程中自然对流作用下组织演化模拟

以Fe-C二元合金铸锭为例，模拟了其冷却过程中自然对流对凝固组织形成的影响。首先采用有限差分方法计算宏观温度场、速度场和溶质场。然后将计算得到的温度场和溶质场作为已知值耦合元胞自动机方法(CA)对铸锭的组织演化进行模拟。通过模拟发现，在冷却过程中自然对流改变了铸锭内的温度场、速度场和溶质场的分布，进而影响到凝固组织的形貌。     

空心钢锭锭型结构对空心钢锭凝固过程的影响

对空心钢锭凝固过程的温度场进行了有限元分析 ,对不同锭型结构的芯部换热系数、耐火材料厚度对最终凝固位置、内筒壁最高温度及缩孔疏松的影响进行了对比 ,并讨论了耐火材料典型部位的温度随凝固时间的变化     

热型连铸锌铝合金的缺陷形成与机理

对5种典型锌铝合金在热型连铸工艺条件下的连续定向凝固进行了研究, 探讨该工艺下锌铝合金线材表面缺陷的产生机理, 并对部分缺陷的组织结构进行了显微分析. 结果表明 只有金属液压头、型口温度、拉铸速度和冷却条件诸工艺参数在一定范围内的协调配合, 才能拉铸出表面光滑的锌铝合金线材. 不合理的工艺参数将导致热裂、表面粗糙、糊状型口和拉漏等缺陷. 固液两相区的形状和位置对上述缺陷的形成有重要影响, 当固液两相区位于型口或型内时, 凝固界面将向型内凸入, 如果剩余液体不能抵消凝固收缩, 就会出现表面粗糙; 若凝固界面深入型内较多, 则使型内凝固的铸锭摩擦力过大, 形成热裂; 固液两相区移至型外, 凝固界面将变成平面, 容易发生拉漏.