低碳纯净钢连铸坯凝固前沿元素微观偏析模型的研究

建立了一个连铸坯凝固前沿的元素微观偏析模型,模型考虑了钢的包晶相变,以及凝固过程枝晶粗化的影响。首次对低碳(0.01%~0.09%C)纯净钢凝固前沿的元素偏析行为做了模拟研究。钢凝固过程P、S、C的偏析程度要高于Si、Mn,固相率大于0.9以后,C、S、P偏析度急剧上升。随着Mn含量的增加S元素的偏析度逐渐降低,当固相率大于0.8以后,S元素的偏析受到Mn的抑制,偏析程度开始降低。对0.01%~0.09%C的低碳纯净钢,凝固过程中钢液始终以δ相凝固,无δ-γ相变过程。     

模拟过热度对易切削钢9SMn28硫偏析的影响

应用有限体积法,耦合溶质场、流场、温度场,模拟了易切削钢9SMn28中硫的分布,研究了过热度对该合金硫偏析的影响.结果显示,S浓度变化随凝固的进行而变化,最大偏析度为2.42,与实际铸件S的分布趋势一致;当易切削钢9SMn28浇注温度在1 808～1 813 K时,最大偏析度略小,偏析略有改善.     

高硫易切削钢的硫负偏析现象及其机制

钢中硫是正偏析元素,在铸坯凝固过程中,从柱状晶析出的硫元素排到尚未凝固的中心部位会形成连铸坯的中心偏析。通过对某厂生产的X1215易切削钢连铸坯进行碳、硫元素含量检测,发现连铸坯中心处硫元素出现了负偏析现象。基于Scheil方程和[Mn]-[S]反应平衡方程,建立钢液在凝固过程中硫化锰夹杂物析出的计算模型,并以此模型计算X1215钢凝固过程中硫化锰的析出时期。计算发现,X1215钢中硫化锰在凝固分率为0.45~0.50时开始析出,到达凝固末期时析出完成,进而导致铸坯中心处的硫元素产生负偏析。     

Pb-Sn合金凝固通道偏析的实验与数值模拟研究

通过实验和数值模拟研究了Pb-19%Sn合金侧向凝固过程中的通道偏析.结果表明:铸锭侧向冷却时,糊状区中的富集溶质(Sn)由于密度小而向上运动.固相分数愈大,枝晶间流动强度愈小.偏析通道中的富集溶质相对于周围凝固时间长;通道由糊状区向最后凝固区域生长.侧向凝固的铸锭在顶部形成正偏析,在底部形成负偏析,在表面形成"沟槽"偏析,在铸锭内部形成A形偏析.基于本文数学模型的数值模拟结果与实验模拟结果一致,可反映侧向凝固与通道偏析的形成规律.     

易切削非调质钢凝固过程及钢中MnS析出规律

利用Thermo-Calc热力学软件计算研究YF45MnV钢中MnS的平衡析出规律及凝固过程中各元素的偏析行为对MnS析出的影响。结果表明:MnS平衡初始析出温度为1421℃,初始析出温度随C、Si、Al含量增加而降低,随Mn、S含量增加而升高;Scheil凝固过程中,计算得到Mn、S的平衡分配系数分别为0.70、0.02,二者随着凝固过程进行在剩余液相中不断偏析富集,达到平衡浓度积后析出MnS。真空感应炉冶炼不同S含量(0.025%~0.065%)的实验钢,发现钢中硫化物主要为大量细小II类MnS+少量尺寸较大的III类MnS。随S含量的提高,大尺寸MnS数量增加,沿晶界偏聚分布的情况更为严重。     

纤维增强铝基复合材料凝固偏析模拟研究

由凝固过程中的三大守恒定律,建立了金属基复合材料凝固数学模型。根据所建立的模型对Al2O3／Al-4．5Cu复合材料进行数值模拟,并在与模拟计算相同条件下进行了实验验证。模拟结果表明：Al2O3短纤维周围存在第二相偏析;随凝固冷却速度增大,复合材料基体偏析加剧;随复合材料中纤维体积分数增大,基体中偏析减小;模拟结果与实验结果十分吻合。     

枝晶凝固过程中的溶质浓度分布模拟

采用元胞自动机方法(cellular automation)对单个枝晶凝固过程中的显微偏析和枝晶形貌进行了模拟，在模拟的过程中，对固相和液相中的溶质传输分别进行了计算，同时考虑到凝固过程中同相分数的变化对溶质传输的影响与文献中通常采用的浓度势方法的计算结果进行对比，模拟结果显示本文使用的计算方法模拟显微偏析过程中波动小、结果更为稳定。     

连铸坯中微观偏析的模型研究

对导致连铸坯中内裂纹形成的微观偏析进行了模型研究，模型中考虑了铁素体（δ）凝固向奥氏体（γ）凝固的转化以及ＭｎＳ的析出，讨论了钢中Ｃ，Ｍｎ，Ｓ和Ｐ对凝固过程中晶间偏析、零强度温度（ＺＳＴ）、零塑性温度（ＺＤＴ）的影响，结果表明，钢中碳含量对凝固前支晶间的微的有显著影响，碳含量在０．１％～０．２％之间，Ｐ的偏析显著增加，Ｓ的偏析由于受到Ｍｎ的掏而随碳含量变化不大；钢中Ｐ的偏析极其严重，初始Ｐ含量的增     

含Nb高钼H13钢凝固过程中合金元素的微观偏析

利用Thermo-calc热力学计算软件中的Scheil模块和Ploy-3模块,对含Nb高钼H13钢的凝固过程及平衡析出相与温度的关系进行了模拟与热力学研究,同时讨论了钢中合金元素的偏析行为.结合Scheil-Gulliver方程和Origin8.0软件对合金元素偏析结果进行了线性回归,得到了合金元素的平衡分配系数.模拟结果表明,凝固过程中,当固相率达到90％时由于MC型碳化物的析出,导致合金元素中C、Nb、V的质量分数急剧下降;元素C、Si、Mn、Cr、Mo、V和Nb的平衡分配系数k0均小于1,模拟结果与文献数据有较好的一致性.提出在1 250～1 270℃保温4～6 h高温均匀化处理并辅以大变形量的锻造,可以减轻偏析,从而提高H13钢的综合力学性能.     

硫复合系易切削钢在凝固过程中夹杂物形成的计算机模拟

开发了模拟和预测硫复合系易切削钢在凝固过程中夹杂物形成的计算机程序。用ＣＬＹＮＥ－ＫＵＲＺ模型计算溶质的微观偏析，该程序可预测钢液的瞬时成分及夹杂物的形成，夹杂物组成的实验分析表明，预测与实测结果是吻合的。     

ZL205A铝合金线状偏析的形成机理及判据(英文)

采用实验和数值模拟方法,对ZL205A铝合金筒形壳体铸件在低压铸造时出现的线状偏析的形成机理及预测模型进行研究。利用数值模拟技术对该铸件在凝固期间的传热进行分析,通过大量实际低压铸造获得ZL205A合金铸件中产生的线状偏析信息、铸件低压铸造过程的温度场以及线状偏析形成部位凝固参数的变化规律,提出了ZL205A合金低压铸造过程线状偏析的形成机理和判据。研究表明,ZL205A合金铸件的线状偏析是由于铸件在凝固后期,浇注系统尚能进行补缩,此时铸件局部形成热裂,高浓度的溶质在补缩压力的作用下对该热裂填充而最终在该部位形成线状偏析。根据分析得出形成机理,得到消除线状偏析的工艺控制方法。采用线状偏析判据对其它铸件的线状偏析进行模拟预测,预测结果与实际浇注结果的对比表明,该判据能够较为准确地预测ZL205A合金筒形壳体铸件的线状偏析位置。     

溶质偏析对铸造铝合金疏松缩孔缺陷的影响

研究了溶质偏析行为对铝合金凝固过程中缩孔疏松缺陷的影响。分析不同偏析模型(杠杆定律、Scheil模型、逆扩散模型)下合金的溶质再分配与热物性参数;采用Pro CAST有限元模拟软件包的Niyama判据预测不同偏析模型下凝固缩孔疏松缺陷的形成趋势,并结合试验结果给出溶质偏析对凝固缺陷的影响。     

OXIDATION OF RIMMING STEEL INGOT DURING TEEMING AND SOLIDIFICATION

本文定量地研究了在不同性质的气氛下凝固的小沸腾钢锭遭受氧化的程度;并研究了在大气中和隔绝大气凝固的大型沸腾钢锭,在浇铸和模内沸腾过程中的沸腾情况,母液成分的变化及钢坏中杂质含量和偏析等。结果指出:在浇铸和模内沸腾过程中,钢液的二次氧化对沸腾起着主要作用;用限制锭模内钢液与大气接触的办法来控制沸腾,可以减轻钢锭的偏析。     

沸腾钢锭在浇铸及凝固过程中的氧化

本文定量地研究了在不同性质的气氛下凝固的小沸腾钢锭遭受氧化的程度;并研究了在大气中和隔绝大气凝固的大型沸腾钢锭,在浇铸和模内沸腾过程中的沸腾情况,母液成分的变化及钢坏中杂质含量和偏析等。结果指出:在浇铸和模内沸腾过程中,钢液的二次氧化对沸腾起着主要作用;用限制锭模内钢液与大气接触的办法来控制沸腾,可以减轻钢锭的偏析。     

溶质偏析对连铸坯凝固前沿裂纹敏感性影响的研究

以Ueshima的正六边形横断面枝晶模型为原型,采用有限差分方法建立了钢凝固过程伴随δ/γ相变的两相区溶质微观偏析模型,浅析了冷却速率10 ℃/s非平衡凝固条件下,钢的脆性温度区内各溶质元素的偏析特点,并定量给出不同P、S含量下,脆性温度区临界断裂应变和临界断裂应力随C含量的变化规律.结果表明,C、P、S偏析对连铸坯凝固前沿裂纹敏感性影响显著,钢液P、S初始含量的增加显著降低脆性温度区临界断裂应变,小幅提高钢在fs=1.0处的临界断裂应力,而且引起脆性温度区内固相分率和相组成的显著变化,抗拉强度下降.     

过热度对12Cr2Mo1R大扁锭凝固过程中心宏观偏析的影响

基于体积平均的两相数学模型,耦合求解温度场、流场和浓度场,模拟计算过热度对12Cr2Mo1R大扁锭凝固过程碳元素宏观偏析的影响。本模型将钢液密度设为依赖于温度和溶质浓度的函数。因而,可以综合考虑温度梯度、浓度梯度以及体积收缩等因素对钢液流动的作用,能够更加精确地预测凝固过程溶质元素分布。本次实验研究了过热度对凝固前沿温度梯度、凝固速率和钢液流动速率影响规律,以及最终碳元素宏观偏析情况。模拟结果表明:过热度的增加导致铸件表面区域凝固前沿温度梯度升高,而对中心线区域凝固前沿温度梯度的影响不显著;过热度对铸锭凝固速率的影响很小。此外,过热度的增加使得钢液流动速度相应增加,并使得固液两相区宽度相应的减小。铸锭凝固过程中碳元素宏观中心偏析总体表现为:当过热度40℃时,增加过热度对加剧铸锭中心偏析不显著;然而,当过热度40℃时,提高过热度使得铸锭中心偏析急剧恶化。     

垂直定向凝固条件下通道偏析形成过程的数值模拟

建立了描述合金凝固过程热－溶质对流和宏观偏析形成过程的数学模型。模型中耦合求解了凝固过程中质量、动量、能量和溶质守恒方程；同时，基于固液两相区中温度和成分的耦合关系建立了固相分数场的更新方法。利用该模型模拟了底部冷却的二维矩形区域内Fe-C合金凝固过程中通道偏析的形成和发展过程。模拟结果表明，垂直定向凝固条件下通道偏析形成于液相线前沿附近，而不是两相区内部。这一结果很好地支持了文献中基于实验观察提出的通道偏析形成机理。     

铸造凝固过程宏观偏析数值模拟研究

宏观偏析普遍存在于铸造合金凝固过程中,严重影响了材料的使用性能。本文利用宏观偏析数学模型,分别对53 t钢锭和500 t铸件宏观偏析进行数值模拟研究。模型考虑了凝固收缩与等轴晶沉降,模拟结果和实验结果吻合较好。     

不同脉冲电压对45钢凝固组织的影响

选择45钢作为研究对象,考察了不同脉冲电压对其宏观凝固组织、微观凝固组织以及成分偏析的影响.实验发现,经过不同脉冲电压处理后,45钢的宏观凝固组织得到明显改善,等轴晶增加,柱状晶减少,随脉冲电压升高,效果越明显;并发现经过电脉冲处理后,45钢的显微组织也发生了显著改变,魏氏组织减少,珠光体增加,且珠光体片层间距变薄;同时,脉冲电压对45钢的成分偏析具有一定的影响,使易偏析元素C、S、P的偏析均有一定程度的改善.C的偏析指数由未处理的1.257降低为1.125,S的偏析指数由来处理的1.502降低为1.063,P的偏析指数由未处理的1.384降低为1.237.     

基于计算机仿真的Pb-Sn合金侧向凝固过程A偏析行为分析

根据热溶质在凝固过程中传输原理,通过计算机建立A偏析成形过程的数值模型,得到温度场和浓度场与固相分值的耦合关系;再利用计算机进行数值模拟计算A偏析在合金溶液凝固成形的演化过程,并且分析研究了A偏析的成形位置及其变形程度受浮力数值的影响。结果表明,侧向凝固过程中,溶质浓度与温度的变化均对流体密度产生影响,且该影响因素互相抑制。当膨胀系数α或浮力比F较小时,在凝固侧较近区形成A偏析;随着膨胀系数α或浮力比F的增大,A偏析向凝固中心处移动,偏析程度较小,可提高铸件的力学性能与使用性能。