冒口高度对大型锻造钢锭内部质量影响的数值模拟研究

通过数值模拟研究胃口高度对45 t钢锭凝固过程和内部质量的影响,通过钢锭生产和钢锭模测温验证了模拟结果的合理性.模拟结果表明,对大型上注钢锭,胃口高度越高,心部疏松越小,但对钢锭本身温度场分布和偏析形成影响不大,凝固条件主要受钢锭本身结构的影响.     

大型钢锭凝固数值模拟与试验研究

利用Procast软件包对6t钢锭的凝固过程进行了计算机模拟,并预测了钢锭的缩孔疏松分布,计算结果发现原有工艺中钢锭的缩孔深度大,轴线疏松严重.将模拟结果与试验结果进行对比,两者吻合良好.在此基础上,研究了绝热板和发热剂对钢锭的缩孔疏松分布的影响,优化了绝热板工艺.模拟与试验结果表明,优化后的绝热板加发热剂工艺可显著改善钢锭冒口的保温效果,减小缩孔深度,提高钢锭的质量和利用率.     

高温装炉加热时钢锭温度场和应力场分布规律研究

根据钢锭表面的温升情况确定了高温装炉下的保温时间,利用Deform-3D软件对钢锭高温装炉时的加热过程进行模拟,得到了钢锭在加热时的温度场和应力场分布情况。结果表明,高温装炉能有效减少钢锭的加热时间;高温装炉时因钢锭初期升温速度较快,钢锭心部的三向拉应力增加,表心温差也随之增加,但温差减小较快。实验结果与模拟结果吻合良好,从而验证了模拟模型的可靠性。     

冒口发热效果对钢锭内部质量的影响

采用铸造模拟分析软件对不同发热剂加入量下的12 t钢锭进行了计算机模拟分析,并预测了钢锭的缩孔缺陷的分布。计算结果发现,随着发热剂量的增加,凝固末期熔池高温区域逐渐向冒口区域移动,并最终从钢锭本体处完全移动到冒口部位,能够很好地补缩钢锭本体部位的凝固收缩。将模拟结果与试验结果进行了对比,两者吻合良好。这充分说明,通过在冒口部位添加适量的发热剂可有效消除钢锭本体部位的缩孔缺陷进而提高钢锭质量和材料利用率。     

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。     

大型钢锭凝固过程三维数值模拟

开发了大型钢锭凝固过程三维模拟程序。利用本程序对53 t钢锭的凝固过程进行了模拟,预测的钢锭和锭模中典型测试点的冷却曲线、钢锭完全凝固时间及冒口一次缩孔形状等与商用有限元软件ProCAST的计算结果吻合良好。     

大型塑料模具用钢锭凝固和内部缺陷的数值模拟研究

用数值模拟方法研究了45 t制造塑料模具用大型钢锭的凝固过程,预测内部偏析和缩孔、疏松的分布情况,与实际钢锭和锻件内部质量比较,证明了模拟结果的合理性,因而表明,可以采用数值模拟的方法优化大型铸造钢锭结构,改进钢锭内部质量,节约生产成本。     

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.     

大钢锭凝固过程的数值模拟研究

运用大型商业软件MARC的有限元分析法,对85 t S34MnV大型钢锭凝固过程的温度场分布进行了数值模拟计算分析,基于模拟结果进行了工业试验.模拟结果表明,钢锭的凝固趋势在轴向上由钢锭底部向钢锭顶部逐步推进,径向上由四周向中心慢慢延伸.通过对不同浇注温度下的钢锭凝固过程进行数值模拟,得出适当提高钢锭的浇注温度可以延长凝固时间,这有利于夹杂物的上浮.工业试验结果表明,提高钢锭模初始温度50℃后,冒口夹杂物总量与钢锭底部夹杂物总量的比值提高了约0.63％,验证了模拟结果.     

模拟软件在优化上注钢锭模设计中的应用

采用AnyCasting模拟软件对15 t上注钢锭进行了凝固过程模拟.通过模拟结果分析优化钢锭模参数,降低试制成本,改善钢锭质量,消除缩孔缩松缺陷,并为保温帽口式钢锭及50t以上的上注钢锭模拟提供指导.     

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...     

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。     

AISI8630钢泥浆泵排出缸失效分析及工艺改进

针对AISI8630钢锻件在实际生产中出现的锻造失效问题进行了研究。采用"EAF→LF→VD→铸锭"工艺冶炼AISI8630钢锭,钢锭锻造成泥浆泵锻件,经热处理加工后探伤发现密集性缺陷。通过化学成分、低倍分析和金相显微分析,对产生的缺陷进行分析研究。结果表明:宏观检测受检面有许多裂纹,将裂纹打开,发现断口存在明显的白点缺陷;近裂纹附近有灰色硫化物夹杂,存在明显的组织偏析现象,远离裂纹处的金相组织无明显差异。通过加强冶炼过程控制,对钢锭进行锻前消氢、消应力退火及锻后250℃以下缓冷处理等工艺优化,避免了白点缺陷的形成,并经现场验证得到合格产品。     

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。     

多晶硅铸锭六面加热技术研究与应用分析

加热器作为多晶铸锭炉的核心部件,为硅料熔化和晶体定向生长提供热量。但是,随着多晶铸锭炉尺寸的不断扩大,传统五面加热方式已无法有效满足各阶段的热量供给。横向温差的增大,影响了晶粒的垂直生长,进而使得电池效率下降,同时能耗增加。六面加热技术即在传统五面加热的基础上,增加底部加热器,并且各加热器分开控制。通过热场建模,利用CGSim模拟软件,模拟对比分析了六面加热相比五面加热的差异和优势,并且以类单晶为例对比了实际的生产应用效果。     

MC3电渣重熔过程中的残余应力分析及电渣工艺优化

运用电渣重熔过程中应力场分布理论,对10 t MC3电渣锭从电渣重熔、电渣锭退火及锻前热处理几个方面进行应力状态分析。并通过一次电渣锭锻前断裂事故分析,对10 t MC3电渣锭的电渣重熔、锻前热处理等几个方面提出了工艺改进措施,在生产实践中取得良好效果。     

大型圆柱锻件深冲孔最大孔径比的数值模拟研究

本文以内接于大型斜三通锻件的圆柱体为例,基于Deform-3D有限元软件,对高径比H/D=2.5大型圆柱锻件深冲孔工艺过程进行了数值模拟。通过对不同直径坯料冲制多种规格内孔,研究了不同孔径比对坯料形变的影响。模拟分析表明,选择合理孔径比上限,可获得形状规则的目标锻件,研究结果可以为大型圆柱锻件深冲孔工艺的制定提供理论依据。     

铸造铝合金圆锭温度场实验研究和数值模拟

通过设备测定了半连续铸造Φ100mm铝合金圆锭温度分布,以此为基础,通过反算法得到直接冷却半连续铸造铝合金水冷段换热系数与铸锭表面温度的关系。计算表明,随着铸锭表面温度的降低．换热系数逐渐增大;在温度由400℃降至130℃的过程中,换热系数急剧增大,温度在130℃左右时达到最大,其最值大约为23000W/(m~2·K);当温度继续降低时,铸锭表面换热系数又迅速减小。并用三维有限元对铸造过程的凝固规律进行了数值模拟,模拟值和实验值基本吻合。     

Numerical Simulation of Titanium Alloy Ingot Solidification Structure during VAR Process Based on Three-Dimensional CAFE Method

建立三维多尺度数学模型计算Ti-6Al-4V合金铸锭真空自耗电弧熔炼(VAR)过程中的温度场、流场及凝固组织的形成。该模型包括宏观质量、动量及能量守恒方程和介观晶粒形核生长模型。在传热与流动计算的基础上,模拟铸锭VAR过程中的三维凝固组织的形成。对比计算结果与实验观察可知,两者在晶粒结构与晶粒生长方式方面吻合较好。当考虑VAR过程中熔池表面的辐射换热后,铸锭顶部的柱状晶被很好地呈现。最后,考察了自然对流对铸锭凝固组织的影响,计算结果表明自然对流对柱状晶-等轴晶转变(CET)及晶粒尺寸影响较大,表现为促进CET及细化晶粒。     

Mechanism of heterogeneous distribution of Cr-containing dispersoids in DC casting 7475 aluminum alloy

The actual effective partition coefficients of Mg and Cr in a cross-section of a dendrite arm in a direct-chill (DC)-casting ingot of 7475 aluminum alloy are obtained. Meanwhile, by analyzing the microstructure, the mechanism of the heterogeneous distribution of E (Al₁₈Mg₃Cr₂) dispersoids in this DC ingot is revealed. The results show that the actual effective partition coefficients of Mg and Cr are 0.650 and 1.392, respectively, and they describe the heterogeneous distributions of Mg and Cr along the direction of radius of the cross-section of the dendrite arm of the alloy. After homogenization treatment at 470 °C for 24 h, Mg diffuses uniformly, but Cr hardly diffuses. Both the concentrations of Mg and Cr and the sites of heterogeneous nucleation in the alloy are the determinants of the formation of E dispersoids simultaneously. The heat treatment at 250 °C for 72 h provides a large number of the sites of heterogeneous nucleation of the formation of fine E dispersoids that will be formed in the center of the cross-section during the subsequent heat treatment at higher temperature.