【摘要】：在錠模中預(yù)置軋制或鍛造過的芯材,依靠低溫芯材在鑄錠凝固過程中吸收熔體釋放的部分熱量,可以顯著提高金屬熔體的凝固速度和形核率,細(xì)化凝固組織,從而提高鑄錠的內(nèi)部質(zhì)量。本文選用20#鋼棒為芯坯、普通Q235鋼為熔煉材料,將芯坯表面經(jīng)還原或酸洗處理后,置于保護(hù)氣氛鑄模內(nèi)預(yù)熱至500-850℃,隨后利用中頻感應(yīng)爐將熔煉好的鋼液注入鑄模內(nèi),冷卻至室溫,最終得到成品鑄錠。利用金屬帶鋸將冷卻后的鑄錠剖開,觀察不同試驗(yàn)條件下鑄錠的剖面宏觀形貌及芯-液界面復(fù)合情況。利用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡觀察鑄錠凝固組織、芯坯組織及芯-液界面,研究凝固組織和芯-液界面演變規(guī)律。同時(shí),為方便觀察熔體凝固過程中的結(jié)晶現(xiàn)象,以硫代硫酸鈉熔體為凝固介質(zhì),以固體硫代硫酸鈉圓棒為芯材,進(jìn)行了模擬復(fù)合澆鑄試驗(yàn),研究了低溫芯棒對硫代硫酸鈉熔體凝固過程、凝固速率及凝固組織的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,在硫代硫酸鈉模擬熔體凝固試驗(yàn)中,加入低溫芯棒可以縮短凝固距離,提高熔體的整體凝固速率。當(dāng)凝固時(shí)間為53min時(shí),加入芯棒與未加芯棒鑄錠的凝固率差最大達(dá)25%。芯棒取代了鑄錠心部的凝固組織,消除了心部偏析、疏松、縮孔及裂紋等缺陷,縮孔體積從10.8%減小到5.5%。芯棒的加入提高了熔體的過冷度,提高了形核數(shù)量,細(xì)化了凝固組織,使平均晶粒尺寸從5.33mm減小到2.66mm。在實(shí)際復(fù)合澆鑄試驗(yàn)中,在預(yù)熱溫度為850℃,澆鑄溫度為1550℃,芯坯質(zhì)量為1.75kg,鋼液為25kg的工藝條件下,可澆鑄出充型能力較好的復(fù)合鑄錠。鑄錠鑄態(tài)組織為等軸晶,芯坯組織為過熱魏氏組織,芯-液界面復(fù)合較好,僅在界面處存在微量直徑約5μm凹坑。同時(shí),芯坯上部復(fù)合界面復(fù)合效果優(yōu)于下部,上部界面存在寬度約480μm的過渡層,該過渡層為芯坯與鋼液的混熔組織。芯坯對熔體產(chǎn)生強(qiáng)制冷卻效應(yīng),提高熔體的形核率,使芯坯附近形核率高于其它位置,形成了內(nèi)外細(xì)小均勻的鑄態(tài)組織,凝固中心平均晶粒尺寸由215.37μm細(xì)化至31.64μm。同時(shí),提高芯坯預(yù)熱溫度或減小芯坯質(zhì)量比例會(huì)降低芯坯的冷卻能力,使得鑄態(tài)組織晶粒尺寸增大。氫還原芯坯鑄錠的復(fù)合界面不平整,局部位置存在還原夾層,夾層厚度達(dá)200μm,且不同位置復(fù)合界面結(jié)合狀態(tài)不同,芯坯上部復(fù)合效果優(yōu)于下部。對比之下,酸洗芯坯鑄錠復(fù)合界面相對平整,芯坯周圍界面復(fù)合狀態(tài)趨于一致。同時(shí),鋼液的流動(dòng)性對鑄錠界面復(fù)合影響較大,流動(dòng)性大的位置易形成熔合界面,界面處僅存在極少量直徑約為4μm的凹坑。相比之下,流動(dòng)性小位置易形成擴(kuò)散復(fù)合界面,界面處存在少量直徑約12μm孔洞或由許多微小孔洞組成的縫隙。澆鑄平衡溫度為界面結(jié)合狀態(tài)的重要度量之一,當(dāng)平衡溫度為1418.52℃時(shí),界面存在寬度約300μm的混熔區(qū),混熔區(qū)內(nèi)含有極少尺寸約為2μm的凹坑;當(dāng)平衡溫度為1347.02℃時(shí),界面不存在混熔區(qū),界面處均勻分布許多孔洞,最大孔洞尺寸達(dá)8μm;當(dāng)平衡溫度為1269.56℃時(shí),界面發(fā)生部分?jǐn)U散結(jié)合,結(jié)合部分帶有孔洞,未結(jié)合部分帶有孔隙,最大孔洞尺寸達(dá)60μm。
【圖文】：

國防實(shí)力都具有重要的戰(zhàn)略意義。大型鋼錠由于錠型尺寸大，熔體蓄熱量大，導(dǎo)致凝固速率慢，由此會(huì)引起一系列內(nèi)部質(zhì)量問題。傳統(tǒng)鋼錠中會(huì)存在如圖1.1所示的幾種缺陷，包括頭部的C、S、P等成分引起的正偏析和縮松，二次縮孔，中心附近的V偏析，中心兩側(cè)的A偏析及底部的沉積錐等。這些缺陷會(huì)隨著鋼錠尺寸的增大、熔體凝固速率變慢，越嚴(yán)重，越難以控制和消除。圖1.1 鋼錠中的缺陷及其分布1 沉積錐；2 A偏析；3 V偏析；4 二次縮孔；5 正偏析、縮松Fig. 1.1 Defects in ingot and their distribution1 Sedimentary cone；2 A segregation；3 V segregation；4 Secondary shrink hole；5 Normalsegregation、Shrinkage porosity產(chǎn)品名稱 尺寸（mm）重量（tonne）鋼錠（tonne） 生產(chǎn)廠家超大型核電慢速整鍛低壓轉(zhuǎn)子 φ2800 240 600 日本制鋼所發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 / 226 500 日本神戶制鋼所1000MW 壓水堆壓力容器接管段 / 247 450 德國蒂森亨利廠發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 φ1849 200 435 德國蒂森亨利廠1000MW 無中心孔轉(zhuǎn)子 φ2630 260 500 俄羅斯依諾爾重機(jī)廠660MW 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 / 90 / 美國中央電力局核電轉(zhuǎn)子 / 174 450 韓國昌?

索徹底解決大型鋼錠內(nèi)部偏析、縮孔、夾雜等缺陷藝發(fā)展造包括離心鑄造、壓力鑄造、精密鑄造、鑲鑄等，法[26]。金屬復(fù)合材料的結(jié)合方式主要有:1)熔合結(jié)要包括：①一種液態(tài)熔體與另一種固態(tài)金屬接觸；③所形成的凝固層在熱流的作用下重熔；④重熔金金屬表面出現(xiàn)熔化，并和合金熔體互混；⑥外層金層鑄件。2)擴(kuò)散結(jié)合。此結(jié)合方式在界面處不發(fā)生固溶體。元素濃度在界面結(jié)合區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)連續(xù)梯度變兩種金屬在界面處發(fā)生反應(yīng)形成反應(yīng)產(chǎn)物，多為金藝已經(jīng)在機(jī)械領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，汽車制造業(yè)中的快速包覆鑄造[28]。該曲軸箱采用鎂合金制造出箱的最終形成一種外鎂內(nèi)鋁的復(fù)合箱體，，該箱體既有鋁便性。
【學(xué)位授予單位】：遼寧科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG261

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2615773