本文關鍵詞：Q345鋼凝固過程的模擬計算及鑄態(tài)組織分析

  更多相關文章： Q345鋼 ProCAST軟件 定向凝固 過熱度 鑄錠成分優(yōu)化 偏析

【摘要】：凝固過程是材料制備成型過程中的一個重要基礎階段，既影響工件軋制和鍛壓的工藝性能，又不同程度地影響成品的使用性能。因此，控制金屬的凝固過程，是提高金屬材料力學性能和工藝性能的重要手段。 凝固過程涉及熱量，質(zhì)量和動量的傳遞，是一個不透明的復雜的過程，，要精確地分析凝固過程十分困難，但依靠計算機來進行數(shù)值模擬，可以對鑄件形成過程各個階段場的變化進行模擬計算，從而獲得合理的鑄造工藝控制參數(shù)。 本文以Q345鋼為研究對象，運用ProCAST軟件分別對Q345鋼的常規(guī)凝固和定向凝固過程進行仿真模擬計算，研究不同凝固方式下的溫度場與凝固組織及Si元素的偏析情況，分析了Q345鋼的凝固規(guī)律。同時采用ZG-0.03A型真空感應熔煉爐和電磁感應定向生長爐，進行了Q345鋼常規(guī)凝固試驗和定向凝固試驗。利用蔡司金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡及能譜分析儀等設備，對試驗鋼進行了組織及鑄錠缺陷觀察。同時將模擬計算結(jié)果與試驗結(jié)果進行對照分析研究，以期獲得合理科學的Q345鋼鑄錠形成控制參數(shù)，為實際生產(chǎn)提供理論指導。 通過對Q345鋼常規(guī)凝固模擬計算得出，過熱度對終態(tài)鑄坯微觀組織結(jié)構(gòu)具有較大的影響，晶粒平均半徑由75℃過熱度的0.2306mm減小到0℃的0.1862mm，并且中心等軸晶率也大大提高了；成分對于Q345鋼的鑄態(tài)組織有直接影響，模擬計算得出優(yōu)化的成分C、Mn、Si、P、S的含量分別為0.18%、1.60%、0.35%、0.04%、0.04%。 模擬計算小鑄錠組織等軸晶率為35.20%，試驗鋼等軸晶率為34.80%，對比分析數(shù)據(jù)基本一致。模擬計算得出鑄錠宏觀縮孔缺陷為=64.6mm，高h=76.92mm的漏斗形狀，試驗鋼縮孔為=61.34mm，高h=78.53mm的不規(guī)則漏斗形，試驗結(jié)果與模擬計算結(jié)果相吻合。 定向凝固模擬計算得出，隨著凝固速率的增加，二次枝晶臂間距逐漸減小，抽拉速度由50μm/s增大到200μm/s時，二次枝晶臂間距由14.49μm減小到5.80μm，二次枝晶細化程度增加；與此同時，定向凝固試樣穩(wěn)態(tài)區(qū)溶質(zhì)元素Si濃度分布均勻性變差。 定向凝固模擬計算凝固組織二次枝晶臂間距，100μm/s拉速下2=11.59μm，150μm/s拉速下2=8.69μm。試樣金相組織觀察得出，100μm/s拉速下平均二次枝晶臂間距2約為14.96μm，150μm/s拉速下平均二次枝晶臂間距約等于8.33μm。對比模擬計算結(jié)果與試驗結(jié)果，兩者數(shù)據(jù)較為接近，證實了模擬過程與試驗過程相吻合。定向凝固試樣穩(wěn)態(tài)區(qū)線掃描能譜圖顯示，150μm/s拉速下Si濃度分布較100μm/s起伏大，偏析加重。模擬計算顯示，隨著拉速的增大，Si濃度均勻性變差。模擬結(jié)果與試驗結(jié)果趨勢相一致，模擬計算過程較為科學合理。
【關鍵詞】：Q345鋼 ProCAST軟件 定向凝固 過熱度 鑄錠成分優(yōu)化 偏析
【學位授予單位】：內(nèi)蒙古科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG244.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文獻綜述11-27
• 1.1 凝固過程的發(fā)展歷程與研究現(xiàn)狀11-16
• 1.1.1 凝固過程的發(fā)展歷程11-13
• 1.1.2 凝固過程的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2 Q345 鋼種介紹16-18
• 1.2.1 Q345 鋼化學成分分類標準16
• 1.2.2 Q345 鋼力學性能及用途16-17
• 1.2.3 Q345 鋼奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(CCT 圖)17-18
• 1.3 定向凝固技術(shù)的發(fā)展18-23
• 1.3.1 傳統(tǒng)的定向凝固技術(shù)19-21
• 1.3.2 先進凝固技術(shù)21-23
• 1.4 凝固過程微觀組織及偏析的數(shù)值模擬23-26
• 1.4.1 凝固過程微觀組織數(shù)值模擬方法23-25
• 1.4.2 凝固偏析的數(shù)值模擬25-26
• 1.5 研究的目的和意義26-27
• 2 研究方法與技術(shù)路線27-38
• 2.1 研究技術(shù)路線27-28
• 2.2 ProCAST 軟件分析及具體應用28-33
• 2.2.1 材料熱力學數(shù)據(jù)庫使用28-29
• 2.2.2 CA 模型29-33
• 2.3 Q345 鋼常規(guī)模鑄凝固試驗及組織觀察33-35
• 2.3.1 Q345 鋼的冶煉33-34
• 2.3.2 Q345 鋼的成分檢測34
• 2.3.3 Q345 鋼鑄態(tài)組織觀察34-35
• 2.3.4 Q345 鋼鑄態(tài)夾雜物觀察35
• 2.4 Q345 鋼定向凝固試驗及組織觀察35-38
• 2.4.1 Q345 鋼定向凝固試樣的制備36
• 2.4.2 Q345 鋼定向凝固試驗36
• 2.4.3 Q345 鋼定向凝固組織觀察36-38
• 3 CAFE 模型機理分析及應用38-46
• 3.1 凝固過程中晶粒競爭生長分析38-40
• 3.2 晶粒形核與長大機制40-41
• 3.3 高斯參數(shù)對微觀組織模擬影響的研究41-44
• 3.4 本章小結(jié)44-46
• 4 Q345 鋼常規(guī)凝固過程的模擬計算及試驗驗證46-70
• 4.1 Q345 鋼常規(guī)凝固過程的模擬計算46-60
• 4.1.1 常規(guī)凝固數(shù)學物理模型的建立與模擬參數(shù)的選取46-47
• 4.1.2 常規(guī)凝固溫度場及凝固組織模擬結(jié)果與討論47-48
• 4.1.3 過熱度對凝固組織的影響48-50
• 4.1.4 Q345 鋼鑄錠的成分優(yōu)化50-60
• 4.2 Q345 鋼常規(guī)凝固組織分析60-68
• 4.2.1 Q345 鋼常規(guī)凝固鑄錠缺陷分析61-62
• 4.2.2 Q345 鋼常規(guī)凝固鑄態(tài)顯微組織分析62-65
• 4.2.3 Q345 鋼常規(guī)凝固鑄態(tài)夾雜物分析65-68
• 4.3 Q345 鋼常規(guī)凝固模擬計算結(jié)果與試驗驗證68-69
• 4.4 本章小結(jié)69-70
• 5 Q345 鋼定向凝固模擬計算及試驗驗證70-81
• 5.1 Q345 鋼定向凝固的模擬計算70-74
• 5.1.1 定向凝固數(shù)學物理模型的建立與模擬參數(shù)的選取70-71
• 5.1.2 定向凝固溫度場及凝固過程模擬結(jié)果與討論71-72
• 5.1.3 定向凝固微觀組織二次枝晶臂間距模擬結(jié)果與討論72-73
• 5.1.4 定向凝固溶質(zhì)元素 Si 濃度分布模擬結(jié)果與討論73-74
• 5.2 Q345 鋼定向凝固組織分析74-79
• 5.2.1 Q345 鋼定向凝固初始生長區(qū)分析75-76
• 5.2.2 Q345 鋼定向凝固穩(wěn)態(tài)區(qū)及淬火界面組織分析76-77
• 5.2.3 Q345 鋼定向凝固穩(wěn)態(tài)區(qū) Si 偏析情況分析77-79
• 5.3 Q345 鋼定向凝固模擬結(jié)果與試驗驗證79
• 5.4 本章小結(jié)79-81
• 結(jié)論81-82
• 參考文獻82-87
• 在學研究成果87-88
• 致謝88

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

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本文編號：1004625