铸造钢锭宏观偏析的数值模拟

铸钢凝固过程的溶质再分配是产生宏观偏析的根本原因.利用数值模拟技术,对一个采用垂直定向凝固工艺的钢锭进行了铸造过程模拟分析,考虑了材料参数和边界条件的非线性特征,以及凝固过程中液态金属的自然对流和溶质扩散,预测了钢锭各部位的凝固时间和硫元素宏观通道偏析的位置和偏析程度,模拟结果与相关文献的实验结果基本一致.模拟结果表明,为保证钢锭质量,应从优化钢锭结构和铸造工艺两方面入手,达到减轻宏观偏析、提高钢锭利用率的目的.     

Nb含量对GH4169合金钢锭凝固及均匀化过程相演化规律的影响

以不同Nb含量的直径160 mm GH4169合金钢锭为研究对象,利用热力学软件Thermo-Calc的模拟计算及电子探针成分分析,系统研究了Nb元素含量变化对GH4169合金钢锭凝固及均匀化过程相演化规律的影响。结果表明:Nb元素含量的增加会降低合金初熔点和终熔点,扩大凝固区间,增加偏析形成的趋势;Nb元素含量的增加还可以提高GH4169合金钢锭凝固过程Laves相的析出温度,若Nb元素偏析浓度超过7.0%,Laves相的析出温度会高于标准均匀化温度1160℃,导致部分高浓度下生成的Laves相无法回溶。进一步的凝固过程中各相Gibbs自由能变化规律分析表明,GH4169合金凝固过程中,当达到Laves相的析出温度后,Laves相的形成激活能要显著小于MC碳化物,此时高浓度的Nb元素主要用于Laves相的析出和生长,Laves相的大量形成抑制了MC碳化物的进一步形成和长大,导致了Laves相与MC碳化物集合体的产生。上述的热力学分析结果与实际钢锭的相析出回溶实验结果一致。     

定向凝固钢锭中宏观偏析的模拟研究

为对定向凝固钢锭中的宏观偏析进行预测,对合金凝固过程的统一模型进行了适当的修正,提出一个适用于低合金钢凝固的统一模型。该模型以Fe—C二元合金为基础,同时引入其它合金元素的影响,更全面地反映了碳偏析行为。并且对包晶反应、非定常平衡分配系数等进行了简化处理。解剖了两个6t定向凝固钢锭,实测了成分分布。计算结果与之比较符合较好。     

52吨B.E.S.T.锻造钢锭的质量特性

<正> 重型锻件的质量特性是由材料性能和材质均匀性来决定的,而生产优质锻造钢锭的先决条件是采用相应的冶炼和铸造工艺。例如,将钢中的含磷量和含硫量降低到最低限度就能够显著地改善材料性能。在金属液凝固期间,由于物理和冶金现象,在惯常生产的钢锭中就产生不均匀性或偏析。这些偏析的避免或减小也只能通过干预钢锭凝固过程才能达到。Bhler电渣补注方法是一个强烈影响钢锭凝固过程的方法。B.E.S.T.(Bhler电渣补注)法的特点就是在钢锭浇注以后,将热能输入液态的锭体之中。输入钢锭冒口     

钢锭凝固过程温度场数值模拟

本研究采用大型商业软件MSC.Marc建立了38t钢锭凝固传热数学模型,模型中的钢热物性参数是通过钢凝固过程微观偏析模型预测钢锭凝固过程相的变化规律,并根据钢锭凝固过程钢热物性参数与相组成之间的关系式来确定.随后采用红外测温试验验证了钢锭凝固传热数学模型,并模拟了钢锭凝固过程温度场变化规律以及不同浇注温度和冒口保温条件对钢锭凝固过程的影响.结果表明:钢锭凝固过程由钢锭底部向冒口逐渐凝固,随着钢锭冒口发热剂的加入,钢锭凝固末期,最后凝固区域逐渐从无发热剂情况时位于钢锭本体向冒口区域移动.38t钢锭4125V2钢可采用向浇注后冒口加入200 mm厚发热剂增强钢锭凝固末期钢液补缩能力,脱模时间为浇注后12.5 h.     

大钢锭定向凝固技术研究

本文简述了定向凝固技术的基本原理,介绍了定向凝固钢锭的主要参数H/D和WB/WI的计算原则。通过解剖实验和计算机模拟定性定量地对定向凝固过程的温度分布和凝固速度变化以及影响偏析形成与分布的因素进行了讨论,阐明了定向凝固钢锭工艺参数对实现自然精炼的作用。     

基于热溶质对流及晶粒运动的柱状晶-非球状等轴晶混合三相模型

基于Eulerian-Eulerian方法,阐述了简化枝晶状等轴晶、柱状晶以及金属液三相完全混合的凝固模型.模型考虑了等轴晶的移动及柱状晶对等轴晶的捕获,跟踪了柱状晶尖端的位置并考虑了等轴晶和柱状晶的相互竞争生长,因此该模型具备了预测柱状晶向等轴晶转变(CET)的能力;为了在不过量增加计算量的前提下提高模型的精度,模型对等轴晶采取了简单的枝晶化处理,即采用简化方法描述等轴晶包络线内固相分数.分别模拟了3.25和25 t钢锭的凝固过程,成功预测了大型钢锭凝固过程所形成的底部锥形负偏析、“类-A型”偏析以及CET等现象.分析认为长细形状铸锭中出现的顶部负偏析区,是由于凝固后期所形成的局部小钢锭及等轴晶在其内部的沉积聚集而成.     

大型钢锭A偏析的形成机理及影响因素

介绍了在大型钢锭凝固过程A偏析的形成机理及影响因素方面的研究成果。A偏析是由合金凝固过程中局部区域内溶质富集所形成的一种通道型宏观偏析,由枝晶间富集溶质流动所引起,主要受凝固条件、合金成分及凝固组织等因素的影响。     

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。     

用于大型锻件的空心钢锭中偏析现象

<正> 制造空心锻件,采用空心钢锭比用传统的普通钢锭具有更多的优点。由于钢锭的中部是空的,所以完全避免了较大和局部的偏析(A 偏析),而快速凝固限制了较大的偏析率并获得了较好的材料均质性,因而成品质量得到改善。通过简化锻造操作以及大大降低材料消     

DZ125定向凝固镍基高温合金组织与熔体超温处理时间的相关性

采用熔体超温处理方法,通过改变熔体超温处理时间研究定向凝固镍基高温合金DZ125凝固组织的演化规律。结果表明:熔体超温处理时间由15min延长到30min可以细化枝晶、减小偏析。然而,进一步延长熔体超温处理时间至60min,枝晶却略微粗化。熔体超温处理15min时,碳化物形貌为草书体,而熔体超温处理时间大于30min时碳化物则主要为非连续性棒状和块状。造成这种现象的主要原因是熔体超温处理时间的变化影响到熔体状态,进而影响到凝固组织。     

铸造铝基复合材料的凝固过程

铝基复合材料中,增强体的加入使金属凝固过程的形核、晶体生长、溶质分配和流体流动行为发生改变,特别是不同压力和冷却条件下的非平衡凝固状态下。从而对基体组织的形态、二相析出、溶质偏聚、界面反应性、凝固缺陷等产生重要影响,最终影响复合材料的性能。基于此,综述凝固过程中铝基复合材料组织与性能的作用规律。     

钢液导热系数对大型钢锭凝固过程的影响

数值模拟是提高大型钢锭质量、优化浇铸工艺、降低实验费用和帮助缺陷诊断分析的重要手段之一.模拟结果是否可靠很大程度上取决于数学模型假设是否合理,合金热物性参数和边界条件的设置是否准确等因素.利用ProCAST铸造模拟软件,分析了钢液导热系数对钢锭充型和凝固过程中的温度分布、凝固时间和缩孔、疏松的影响规律.结果表明,导热系数的提高显著缩短钢锭整体凝固时间,增加钢锭中心产生缺陷的可能性,因此有必要在模拟计算之前准确测量该物性参数.另外,对于在同一模具中浇铸具有不同物性参数的各类合金,该结果为了解其凝固规律提供了参考.     

Research on Solidification Structure of Billet for Bearing Steel

Secondary dendrite arm spacing (SDAS), which is an important parameter for solidification structure, has a significant effect on the level of segregation and the time for dispelling micro-segregation. The solidification structure of billets, poured under different drawing speeds for high-carbon chromium continuous casting and etched by saturated water solution of picric acid, was investigated by OLYMPUS BX51 optical microscope; and the indexes of carbon and sulfur segregation were also determined. It is con...     

定向凝固的进展对高纯铝偏析法提纯工艺的影响

铝提纯工艺为高纯铝发展的关键。现在国内外通用的高纯铝制备工艺为三层液电解法和分步冷凝法。由于能耗高或提纯效率低，这两种工艺都不能完全满足当今工业发展的需要。针对当前广泛采用的凝固偏析法，结合定向凝固的新进展，讨论了改进结晶方式，提高提纯效率和生产效率的工艺方法。     

凝固过程数值模拟隐式算法时间步长优化模型研究

在铸造过程计算机模拟中,温度场计算采用显式方法由于稳定性的要求,时间步长受限,计算效率低.采用分数步长法-隐式计算,由于其求解方法绝对稳定,因而对时间步长无限制.为了在保证计算精确度的情况下尽可能地提高计算效率,需要动态调节计算温度场的时间步长.本文中以凝固过程温度场的计算时间步长研究为题,提出了单元跨越固液相线时间的概念,建立了自动优化计算时间步长的模型.对实际的不同大小,不同形状复杂程度的铸件进行模拟计算,对均匀时间步长和自动调节时间步长的计算结果进行比较,验证了自动调节时间步长的合理性.     

镁合金电阻点焊凝固裂纹机理

为了获得高性能的镁合金电阻点焊接头,利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪研究了点焊接头裂纹的形成机理.结果表明,结晶裂纹的形成,主要与Al和Mn元素偏析造成的晶间低熔点液态薄膜,以及冷却过程中产生的拉伸应力有关.点焊参数(热输入)对熔核结晶裂纹敏感性有很大的影响.热输入增加将增大由熔核收缩引起的拉伸应力,增加原子偏析浓度进而降低液态薄膜熔点,以致于延长拉伸应力的作用时间.因此,应该选择相对低的热输入来降低点焊接头的凝固裂纹敏感性.     

Prediction of solidification cracking in laser welds of type 310 stainless steels

The occurrence of solidification cracks in laser welds of type 310 stainless steels was predicted by numerical analyses of the solidification brittle range (ductility curve for cracking) and thermal strain in the weld metal. The solidification brittle range in laser welding was estimated from that in arc welding based on the numerical analyses of supercooling (for calculating dendrite tip temperature) and segregation (for calculating completely solidified temperature) during rapid solidification. The calculated solidification brittle range was reduced with an increase in the welding speed because of the enhanced supercooling and the inhibited solidification segregation. The thermal strain analysis by FEM suggested that solidification cracks would occur in SUS310S welds at laser travelling velocity of 60 mm/s applying the initial strain of 1.5%, while no solidification cracks in SUS310EHP welds at any laser travelling velocities applying the higher initial strain of 2.2%. The cantilever type cracking test in laser welding revealed that the predicted results of occurrence of solidification cracks were consistent with experimental ones.     

熔体过热处理对M963合金凝固偏析的影响

研究了熔体过热处理对M963铸造镍基高温合金凝固偏析的影响。结果表明，熔体过热处理对Al，Co和Ni的偏析影响不磊；1923K，5min熔体过热处理，使Ti，Nb和W的偏析增大，Mo和Cr的偏析减小。元素偏析程度的改变足由于合金熔体结构的变化引起的。     

Effect of Gravity on Directionally Solidified Structure of SuperalloysEI北大核心CSCD

分别利用常规下抽拉法与新型上提拉法进行不同方向的高温合金定向凝固实验,对比研究重力对单晶铸件凝固组织的影响。结果表明,在常规下抽拉法实验的向上凝固过程中,容易出现雀斑、γ/γ’共晶上聚和籽晶回熔紊乱等问题。原因是糊状区内液体由于元素偏析引起密度减小,在重力作用下形成了上重下轻的失稳状态并引起对流。而通过新型上提拉法实现的顺重力凝固过程中,密度减小的液体处于糊状区上端,形成上轻下重的稳定状态,使重力的作用由失稳因素转化为维持稳定的因素,抑制了液体对流的产生与发展。采用新型上提拉法制备的单晶铸件中彻底消除了雀斑缺陷,抑制了γ/γ’共晶组织的向上聚集,也保证了低密度籽晶稳定的回熔和外延生长。顺重力定向凝固技术从根本上消除了重力对高温合金定向凝固的不良影响,有希望发展成为新一代的先进单晶叶片成型技术。