55钢铸坯堆垛过程热-力耦合数值分析

建立了55钢铸坯堆垛过程热-力耦合数学模型,并对计算结果进行了验证。分析了不同堆垛条件(堆垛初始温度、堆垛高度和铸坯宽度)对铸坯温度和应力的影响。研究表明,堆垛顶部铸坯冷却速度最快。堆垛铸坯温度高于55钢相变温度(Ar_3、Ar_1温度分别为755℃和690℃)时,中间铸坯温度出现一平台,堆垛有利于缓解铸坯内部热应力和相变应力。随堆垛高度和铸坯宽度增加铸坯冷却速度先是降低较快,而后变化不大。堆垛顶部和底部铸坯在堆垛过程中受到的是拉应力,中间铸坯为压应力。堆垛铸坯表面应力大,应力不均匀是铸坯产生裂纹、变形等质量问题的原因。根据以上研究结果,建议在堆垛铸坯表面覆盖一层保温罩,以减小表面热损失和55钢铸坯表面应力;不在55钢相变温度范围进行堆垛和拆垛操作;另外,铸坯堆垛高度应与铸坯宽度相匹配。