本文關鍵詞：連續(xù)鑄造穩(wěn)態(tài)溫度場非物理邊界條件的確定，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《東北大學》 2009年

半連續(xù)鑄造過程中溫度場的計算機模擬及其在凝固組織預報中的應用研究

李璇  

【摘要】：鑄造是材料制備與成形的關鍵環(huán)節(jié),以實驗研究為基礎的新型材料的制備研發(fā)需要耗費大量的人力、物力和財力。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,以計算機數(shù)值模擬為核心的數(shù)字化鑄造已在鑄件成形領域得到廣泛的應用,通過對凝固過程溫度場、應力場、微觀組織等的數(shù)值模擬研究,實現(xiàn)了對鑄造過程中的各種質(zhì)量問題進行分析、優(yōu)化及產(chǎn)品組織性能的預報和控制,有效的節(jié)省了資源。 本文以Mg-Al合金為研究對象,針對半連續(xù)鑄造過程的特點,建立了鑄造過程中的溫度場模型,使用有限容積法對其進行數(shù)值求解,進而通過改變澆注溫度、鑄造速度和冷卻強度等不同的工藝參數(shù),分析了其對溫度場分布的影響。通過對澆注溫度882K、鑄造速度1.0mm/s、冷卻水強度1000W/(m2·K)條件下的模擬可以看到：鑄錠中心的溫度下降最慢,隨著向邊部靠近,溫降越來越快。鑄錠不同橫截面上,距離入口越遠處的橫截面上,溫度下降速度越快。提高澆注溫度至927K或增大鑄造速度至2.0mm/s后,同一橫截面相同的位置上溫度升高,且對鑄錠心部溫降的影響大于邊部,從而使得溫度場分布不均勻,液穴加深；增大冷卻水強度,鑄錠內(nèi)部與邊部的溫降速度升高,在同一橫截面相同的位置上溫度就相對較低,其中邊部受到的影響更大。當冷卻水強度從1000W/(m2·K)繼續(xù)增大到1500W/(m2·K)時,其對溫度場的影響減弱。 鑄造過程溫度場直接影響著鑄件的凝固組織,本文將溫度場模擬結(jié)果應用于凝固組織預報,采用元胞自動機方法,對不同工藝條件下的凝固微觀組織進行了模擬。鑄造速度與冷卻強度相同的情況下,在液相線之上較低的882K澆注時,鑄件心部和邊部組織差別較小,晶粒圓整性好；澆注溫度與冷卻水強度相同的情況下,鑄造速度為1.0mm/s時,晶粒比較細小,心部與邊部的晶粒尺寸差別也較小,當速度提高至2.0mm/s時,邊部和心部組織中晶粒尺寸相差較大,晶粒圓整性也顯著下降。澆注溫度與鑄造速度相同的情況下,冷卻水強度從500W/(m2·K)提高至1200W/(m2·K)時,鑄錠組織有明顯的改善,繼續(xù)提高至1500W/(m2·K)時,冷卻水作用對溫度場的改變不明顯,鑄錠組織變化不大。研究得出,Mg-9.0wt%Al合金在澆注溫度882K、鑄造速度1.0mm/s、冷卻水強度1200W/(m2·K)的條件下獲得的組織較好。本文研究表明：溫度場是確定工藝參數(shù)和預測凝固組織的基礎。準確模擬溫度場對通過改變工藝參數(shù)來改善凝固微觀組織,進而改善鑄件質(zhì)量有重要的意義。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TG249.7
【目錄】：

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