空心钢锭凝固过程温度场模拟与缩孔、疏松预测

对空心钢锭凝固过程的温度场进行了有限元分析。讨论了芯部传热系数、耐火材料工对厚终凝固位置、内筒壁最高温度及缩孔疏松的影响,并研究了耐火材料典型部位的温度随凝固时间的变化。通过凝固过程的温度场的模拟分析,对空心钢锭缩孔、缩松进行了预测,提出了工艺改进措施。     

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.     

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。     

钢锭凝固过程中温度场和流场的数值模拟研究

运用商业软件Procast对25 t钢锭凝固过程的流场和温度场进行了数值模拟。钢锭凝固过程的温度分布云图和冷却曲线显示了钢锭凝固过程的一般规律,为预测缩孔、缩松情况提供了参考依据。分析冷却速率曲线和钢液流动情况可知,考虑钢液流动对传热的影响十分重要。     

不同高宽比下大钢锭凝固过程的数值模拟与优化

为了改善铸件质量,设计3种不同高宽比的72 t钢锭模。利用Pro CAST软件分别对这3种不同高宽比的钢锭在d/D=0.18、采用酸性覆盖剂的条件下进行模拟。通过对凝固场及疏松缩孔分布的模拟结果对比分析得出:在合理的比值范围内,小高宽比浇注此72 t钢锭更容易获得质量较高的铸件。     

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。     

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.     

锻造用钢锭凝固过程温度场数值模拟

采用三维瞬态传热有限元方法,对13 t锻造钢锭和钢锭模在凝固过程中的温度场分布进行了数值计算及分析,探讨了钢锭内部凝固速度变化和钢锭模在凝固过程中的温度分布规律。分析结果表明,钢锭本体距离底部60%-70%的部位纵向凝固速度受横向凝固速度的影响而大大加速;凝固开始阶段,钢锭模内壁温升速度远大于模外壁,随后外壁温升速度迅速增大,随着钢锭凝固的进行,壁内外温差逐渐减小。本模拟可为优化钢锭模设计、提高钢锭质量提供依据。     

大型钢锭充型和凝固过程的数值模拟

采用铸造CAE软件对25t钢锭的充型和凝固过程进行了数值模拟与分析,并用生产现场的实测数据对模拟结果进行比较,验证了模型的适用性。探讨了大型钢锭在凝固过程中温度场的变化规律,对钢锭中可能存在的缺陷及位置进行了预测。通过数值模拟发现,冒口容积偏大,冒口补缩效果较好,锭身没有宏观缩孔,但轴线缩松仍然存在。可适当降低冒口容积,并在后续生产中增加搅拌,以消除中心偏析,提高钢锭质量。根据模拟显示的钢锭完全凝固时间,可将脱模时间提前到钢锭浇注完成后的6.4h。     

静高压作用下纯铝凝固过程温度场的数值模拟

采用数值模拟的方法,研究了纯铝在静高压作用下凝固过程温度场的变化情况。首先建立了温度场的数学模型,根据压力与金属熔点的关系,将压力作用到凝固过程的温度场上。模拟结果表明:压力越大,纯Al开始凝固的时间越早;在凝固过程中,压力越大,对应的温度变化速度越快。     

铸造铝合金微观组织模拟

用凝固过程数值模拟技术预测铝合金铸件的晶粒组织 ,进而预测铸件力学性能已成为国内外铸造领域的研究热点 ,M.Rappaz和 J.A.Spittle,S.G.R.Brown等学者基于决定论、随机论方法提出了预测铸件晶粒组织形成的计算模型 ,模拟晶粒的二维生长与实验结果很符合。相场方法是一种三维微观组织的直接模拟方法。建立了相场模型 ,模拟晶粒的三维生长 ,反映了凝固因素对晶粒形状的影响 ,也反映了扰动对树枝晶枝晶结构的影响。进一步建立多晶粒的生长模型 ,预测二次枝晶臂的间距 ,建立力学性能与二次枝晶臂的间距的关系模型     

铝合金下壳体压力铸造充型与凝固过程的数值模拟

利用ProCAST软件对铝合金压铸件下壳体充型、凝固过程进行了数值模拟,得到了速度场、温度场的分布和变化规律.据此提出了减少缩孔、缩松数量的优化方案.结果表明,降低浇注温度、增大压射比压,降低模具预热温度都能够有效控制缩孔、缩松的数量.按照优化后的压铸工艺参数生产出了合格的铸件.     

铸钢件凝固过程计算机模拟技术应用研究

介绍清华大学开发的计算机三维数值凝固模拟软件FT—Star的功能及其在二重集团公司的工艺性试验和应用研究。解决了软件实际应用于铸钢件凝固过程中出现的一些问题,摸索出一些计算经验和规律。对不同铸钢件如何恰当地剖分网格、确定缩孔缩松判据参数、优化补贴工艺设计等都进行了深入研究,保证了计算机数值模拟结果的精确、可靠。实现了铸造缩孔缩松缺陷的预测,避免过去靠经验来进行铸造工艺设计,使工艺设计更具有科学性,大大降低了铸造生产成本。     

双辊铸轧辊带温度场的数值模拟

介绍了采用有限差分法求解铸轧中铸轧辊辊套温度场及铸轧区温度场 ,其中铝熔体凝固时相变潜热的释放采用热焓法来进行处理 ,得到了铸轧区及辊套温度场分布情况 ,并结合优化方法求得了辊带界面的平均换热系数为8.14kW/(m2 ·℃ )。     

半固态A356压铸件充型与凝固过程的数值模拟

利用ProCAST软件对A356合金半固态压铸件下壳体进行耦合数值模拟。结果表明,在模具温度为220℃,充型温度为590℃、压射速度为5m/s时,半固态浆料充型平稳,温度场分布均匀,减少了缩孔、缩松等缺陷,为A356合金半固态压铸成形工艺的制定和优化提供了依据。采用此工艺参数,生产出合格铸件。在该件上所需部位可以钻螺纹孔,与其他零件装配使用。通过试验,验证了数值模拟优化工艺参数的合理性。     

铸轧熔池内三维流场与温度场耦合数值模拟

建立了双辊式薄带钢铸轧过程的三维流场与温度场耦合数学模型，研究了工艺参数对铸轧过程的影响。结果表明：较低的过热度可以在薄带的整个厚度方向上得到较为均匀的组织，但是过热度太低则易使金属冷凝在浇注系统中，不利于夹杂物上浮；铸轧速度在v≤vc的一定范围内可使凝固终点正好在辊缝吻合点以上2～8mm范围内。通过该模型的研究，可为控制带钢铸轧过程打下理论基础。     

铸造铝合金圆锭温度场试验研究和数值模拟

通过试验设备测定了半连续铸造100mm铝合金圆锭温度场分布,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,传热系数逐渐增大;在温度由400℃降至130℃的过程中,传热系数急剧增大,温度在130℃左右时达到最大,其值约为23kW/(m2·K);当温度继续降低时,铸锭表面传热系数又迅速减小。用三维有限元方法对铸造过程的凝固规律进行了数值模拟,结果发现模拟值和试验值基本符合。     

压室液态金属流动耦合温度场三维数值模拟

压铸过程中,压室内液态金属卷入的气体是影响铸件质量的原因之一.针对压室压射过程,引入冲头的移动规律以及流动过程中热量传递的计算,实现并开发了压室压射过程的流场耦合温度场的数值模拟程序.采用所开发的模拟程序对压室金属流动及传热过程进行了模拟,模拟结果与FLOW-3D的计算结果以及临界速度理论作比较,两者均吻合.采用压室模拟能够优化冲头的运动规律,使卷气最小.