鐵素體不銹鋼作為資源節(jié)約型材料可代替價(jià)格相對昂貴的奧氏體不銹鋼,然而成形過程易產(chǎn)生皺褶甚至裂紋缺陷,影響了鐵素體不銹鋼軋制板材的成材率,進(jìn)而制約了其廣泛應(yīng)用。提高鐵素體不銹鋼連鑄坯等軸晶率是改善其成形缺陷的有效方法。基于振動(dòng)激發(fā)金屬液形核技術(shù),本課題組提出一種機(jī)械振動(dòng)和異質(zhì)形核耦合方法對凝固過程實(shí)施控制,在結(jié)晶器內(nèi)引入制備TiN顆粒涂層的激冷晶核發(fā)射器,通過施加振動(dòng)剝離表面激冷晶粒和TiN顆粒彈射進(jìn)入熔體促進(jìn)等軸晶的形核和長大。然而,鐵素體不銹鋼的凝固是一個(gè)高溫?zé)岢尚芜^程,溫度場、速度場等相互耦合作用非常復(fù)雜,亦直接影響等軸晶的形核和長大,這些都難以通過實(shí)時(shí)觀察和測量得出科學(xué)的結(jié)果。因此,對凝固過程開展數(shù)值模擬具有十分重要的作用和科學(xué)意義。本文利用有限元FLUENT軟件,建立了二維模型,模擬了600Hz、700Hz、800Hz三種不同振動(dòng)頻率條件下沿振動(dòng)方向和垂直于振動(dòng)方向上的溫度場分布、速度場分布及TiN顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡。模擬結(jié)果表明:三種振動(dòng)頻率下的溫度場皆非均勻分布,熔體中沿振動(dòng)方向(Y軸)與垂直于振動(dòng)方向(X軸)上的平均溫度梯度隨振動(dòng)時(shí)間增加而增大,隨振動(dòng)頻率增大而減小。晶核發(fā)射器表面一周的殼體萌生于振動(dòng)方向,向晶核發(fā)射器兩周蔓延生長,最終在垂直于振動(dòng)方向形成封閉殼體。結(jié)殼時(shí)間隨振動(dòng)頻率的增大而延長,800Hz條件下結(jié)殼時(shí)間為9.620s。熔體的速度場分布為由晶核發(fā)射器振動(dòng)方向端流出,遇到圓形的鑄型壁面后向其兩周繞流形成對流,其終止于晶核發(fā)射器的另一端;熔體速度隨振動(dòng)頻率的增大而增大,800Hz頻率下垂直于振動(dòng)方向最大速率可達(dá)1.989m/s。垂直于振動(dòng)方向的熔體流動(dòng)性優(yōu)于振動(dòng)方向。TiN顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡與熔體流動(dòng)基本一致。隨著振動(dòng)時(shí)間的增加,熔體中TiN顆粒的濃度逐漸增大,最終分布在整個(gè)鑄型容器中,且易在垂直于振動(dòng)方向上聚集,形成整體分布均勻,垂直于振動(dòng)方向上濃度偏高的態(tài)勢。綜合考慮熔體中的溫度梯度、晶核發(fā)射器表面結(jié)殼時(shí)間及TiN的濃度分布情況,最佳的振動(dòng)頻率為800Hz。
【學(xué)位單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG142.71
【部分圖文】：

模型、組分運(yùn)輸模型等豐富的物理模型，具有強(qiáng)大的網(wǎng)格支持功能，支持界面不連續(xù)的網(wǎng)格、混合網(wǎng)格、動(dòng)網(wǎng)格、變形網(wǎng)格以及滑移網(wǎng)格等，同時(shí)還擁有多種基于解的網(wǎng)格自適應(yīng)、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)技術(shù)等，這些先進(jìn)的網(wǎng)格技術(shù)與豐富的物理模型為各種復(fù)雜的流體運(yùn)動(dòng)設(shè)定打下基礎(chǔ)。自 FLUENT15.0 開始，其支持 GPU 計(jì)算，這一改進(jìn)將計(jì)算速度提升了 2.5 倍。采用 FLUENT 進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算的主要步驟如圖 2.1 所示，其基本步驟為：（1）確立計(jì)算目的與計(jì)算對象；（2）建立計(jì)算對象的幾何模型，劃分網(wǎng)格并定義邊界條件，本文采用 GAMBIT 作為其前處理完成此項(xiàng)工作；（3）將網(wǎng)格文件導(dǎo)入FLUENT，檢查網(wǎng)格質(zhì)量確保無負(fù)網(wǎng)格生成；（4）選擇對應(yīng)的求解器；（5）打開所須要設(shè)置的物理模型并對其進(jìn)行必要的參數(shù)設(shè)定；（6）添加模擬中涉及材料的物性參數(shù)；（7）設(shè)置邊界條件；（8）選擇計(jì)算方法，設(shè)置求解控制參數(shù)以保證結(jié)果收斂；（9）模型條件初始化；（10）迭代計(jì)算，監(jiān)測殘差收斂情況；（11）通過后處理查看溫度場、流場等結(jié)果顯示；（12）若計(jì)算結(jié)果不收斂或者結(jié)果與實(shí)際偏差較大，須重新劃分網(wǎng)格或設(shè)置物理模型。

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文單的優(yōu)點(diǎn)。立圖 2.2 所示，待 Cr17 鋼液（高純鐵素體不銹后，中心部位插入涂有 TiN 涂層的晶核發(fā)射依靠棒體上固定的氣動(dòng)轉(zhuǎn)子進(jìn)行發(fā)動(dòng)，氣動(dòng)轉(zhuǎn)部通有冷卻水（20℃），一端流入，一端流

通有冷卻水（20℃），一端流入，一端 2.2 振動(dòng)激發(fā)金屬液原位形核的實(shí)驗(yàn)裝置示意Fig.2.2 Schematic of experimental apparatus化模型與計(jì)算，建立二維俯視圖，如圖為 50mm，內(nèi)圓代表晶核發(fā)射器，其半鋼熔體，即為 FLUENT 的計(jì)算域，下文將
【參考文獻(xiàn)】

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3 郭洪民;章愛生;楊湘杰;嚴(yán)明明;;可熔振動(dòng)頭式機(jī)械振動(dòng)細(xì)化Al-5%Cu鋁合金晶粒(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2014年08期

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6 楊志杰;蒼大強(qiáng);李宇;;機(jī)械振動(dòng)對純Al凝固組織的影響[J];鑄造;2011年01期

7 張守銀;余歡;嚴(yán)青松;徐志鋒;;反重力鑄造數(shù)值模擬研究進(jìn)展[J];鑄造技術(shù);2010年12期

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9 張康;張奎;李興剛;;超聲波處理對鎂合金鑄態(tài)組織的影響[J];材料導(dǎo)報(bào);2009年03期

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3 熊玉華;K4169高溫合金化學(xué)法晶粒細(xì)化工藝及機(jī)理的研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2000年

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4 宇文晅晅;基于FLUENT的鑄件充型凝固過程數(shù)值模擬[D];天津理工大學(xué);2012年

5 高飛;Nb及Nb、B微合金化430鐵素體不銹鋼織構(gòu)及成形性能[D];東北大學(xué)　;2009年

6 李春香;316L及420不銹鋼粉末溫壓工藝研究[D];中南大學(xué);2008年

7 錢小波;鑄件流場與溫度場耦合計(jì)算下的數(shù)值模擬研究[D];西安理工大學(xué);2008年

8 劉文鋒;振動(dòng)冷卻通道對合金凝固組織的影響研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

9 楊迎東;鑄件凝固過程仿真研究[D];西安理工大學(xué);2007年

10 王旭波;鑄件充型過程三維數(shù)值模擬[D];山東大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2868985