鐵素體不銹鋼作為資源節(jié)約型材料可代替價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�；谡駝蛹ぐl(fā)金屬液形核技術(shù),本課題組提出一種機械振動和異質(zhì)形核耦合方法對凝固過程實施控制,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,通過施加振動剝離表面激冷晶粒和TiN顆粒彈射進入熔體促進等軸晶的形核和長大。然而,鐵素體不銹鋼的凝固是一個高溫熱成形過程,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,這些都難以通過實時觀察和測量得出科學的結(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三種不同振動頻率條件下沿振動方向和垂直于振動方向上的溫度場分布、速度場分布及TiN顆粒的運動軌跡。模擬結(jié)果表明:三種振動頻率下的溫度場皆非均勻分布,熔體中沿振動方向(Y軸)與垂直于振動方向(X軸)上的平均溫度梯度隨振動時間增加而增大,隨振動頻率增大而減小。晶核發(fā)射器表面一周的殼體萌生于振動方向,向晶核發(fā)射器兩周蔓延生長,最終在垂直于振動方向形成封閉殼體。結(jié)殼時間隨振動頻率的增大而延長,800Hz條件下結(jié)殼時間為9.620s。熔體的速度場分布為由晶核發(fā)射器振動方向端流出,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;熔體速度隨振動頻率的增大而增大,800Hz頻率下垂直于振動方向最大速率可達1.989m/s。垂直于振動方向的熔體流動性優(yōu)于振動方向。TiN顆粒的運動軌跡與熔體流動基本一致。隨著振動時間的增加,熔體中TiN顆粒的濃度逐漸增大,最終分布在整個鑄型容器中,且易在垂直于振動方向上聚集,形成整體分布均勻,垂直于振動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)殼時間及TiN的濃度分布情況,最佳的振動頻率為800Hz。
【學位單位】：西安建筑科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG142.71
【部分圖文】：

模型、組分運輸模型等豐富的物理模型，具有強大的網(wǎng)格支持功能，支持界面不連續(xù)的網(wǎng)格、混合網(wǎng)格、動網(wǎng)格、變形網(wǎng)格以及滑移網(wǎng)格等，同時還擁有多種基于解的網(wǎng)格自適應(yīng)、動態(tài)自適應(yīng)技術(shù)等，這些先進的網(wǎng)格技術(shù)與豐富的物理模型為各種復(fù)雜的流體運動設(shè)定打下基礎(chǔ)。自 FLUENT15.0 開始，其支持 GPU 計算，這一改進將計算速度提升了 2.5 倍。采用 FLUENT 進行數(shù)值模擬計算的主要步驟如圖 2.1 所示，其基本步驟為：（1）確立計算目的與計算對象；（2）建立計算對象的幾何模型，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）若計算結(jié)果不收斂或者結(jié)果與實際偏差較大，須重新劃分網(wǎng)格或設(shè)置物理模型。

西安建筑科技大學碩士學位論文單的優(yōu)點。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轉(zhuǎn)子進行發(fā)動，氣動轉(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 振動激發(fā)金屬液原位形核的實驗裝置示意Fig.2.2 Schematic of experimental apparatus化模型與計算，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 的計算域，下文將
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