為得到均質(zhì)、致密、細(xì)晶鑄錠,本文提出旋轉(zhuǎn)芯坯復(fù)合澆鑄工藝。芯坯置入鋼液后,代替普通模鑄鋼錠心部組織,徹底消除心部疏松和縮孔缺陷。低溫芯坯吸收一部分鋼液熱量,提高鋼液過冷度和凝固速度,提高形核率。芯坯旋轉(zhuǎn)使新形成的晶粒在薄弱位置破碎,提高凝固組織的細(xì)化程度和均勻性。選用20號(hào)鋼作為芯坯材料,Q235鋼作為熔體材料完成多個(gè)復(fù)合澆鑄實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)比不同澆鑄工藝條件下所得鑄錠的宏觀形貌和微觀組織,分析不同工藝參數(shù)對(duì)鑄錠內(nèi)部質(zhì)量的影響。通過觀察旋轉(zhuǎn)置入圓柱形芯坯復(fù)合澆鑄鋼錠的微觀組織發(fā)現(xiàn),當(dāng)芯坯直徑為40 mm、長度為320 mm、轉(zhuǎn)速為120 rpm、預(yù)熱到120℃進(jìn)行復(fù)合澆鑄時(shí),鑄錠平均晶粒尺寸只有42μm。與未加芯坯的隨爐冷卻鋼錠相比,復(fù)合澆鑄工藝大幅度細(xì)化了鋼錠的凝固組織。由于芯坯置入鋼液后,芯坯周圍的熔體過冷度增大,形核率提高,加之錠模對(duì)形核的促進(jìn)作用,達(dá)到了內(nèi)外同時(shí)冷卻的效果,同時(shí)縮短了熔體凝固距離,因此達(dá)到了細(xì)化鑄錠內(nèi)部組織的效果。不過,當(dāng)芯坯預(yù)熱溫度較低、固液比較高時(shí),鑄態(tài)組織部分最后凝固位置出現(xiàn)疏松缺陷,鑄態(tài)組織與芯坯復(fù)合界面附近出現(xiàn)少量孔隙。對(duì)比不同固液比情況下所得鑄錠內(nèi)部組織... 

【文章來源】：遼寧科技大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

模鑄鋼錠內(nèi)部組織分布示意圖

煞植瘓?認(rèn)窒�。�??旯燮?齙鬧饕?原因是溶質(zhì)再分配，也就是在熔體凝固過程中溶質(zhì)貧化的固相和溶質(zhì)富集的液相之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所造成的合金元素在宏觀尺寸上的遷移[15]。固相與液相間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)主要由以下幾方面造成的[16]：（1）由溫度和液體成分變化造成密度梯度所引起的對(duì)流流動(dòng)，即熱溶質(zhì)對(duì)流；（2）當(dāng)鋼中的等軸晶比周圍的液體密度大時(shí)，晶粒容易下沉；（3）由凝固收縮和熱收縮引起的流動(dòng)；（4）由于熱應(yīng)力、收縮應(yīng)力和金屬靜壓力造成的固相結(jié)構(gòu)變形所引起的流動(dòng)；（5）由于澆注、外加磁嘗攪拌、旋轉(zhuǎn)等原因引起的流動(dòng)。圖1.2給出大型鋼錠中宏觀偏析的分布[17]，宏觀偏析的類型主要有正偏析、負(fù)偏析、V型偏析和A型偏析。正偏析是溶質(zhì)含量富集的熔體在冒口頂部最后凝固形成的；負(fù)偏析是由于等軸晶沉降在鋼錠底部所形成；而A型偏析和V型偏析是由于熔體不穩(wěn)定流動(dòng)造成的。宏觀偏析形成后很難在后續(xù)的加工工藝中消除，特別是大型鋼錠，由于三維尺寸大，凝固時(shí)間很長，所以溶質(zhì)再分配的時(shí)間充足，凝固后形成的宏觀偏析更加嚴(yán)重和典型[14]，極大地降低鋼材的機(jī)械性能、耐磨性能、抗腐蝕和疲勞性能，減少服役壽命，甚至直接報(bào)廢。所以，在鋼錠凝固過程中控制并減輕宏觀偏析意義重大。正偏析V-偏析A-偏析負(fù)偏析圖1.2大型鋼錠中典型宏觀偏析形式Fig.1.2Typicalmacrosegregationformsinlargeingot

遼寧科技大學(xué)碩士學(xué)位論文51.3.4熱裂紋的形成機(jī)理熱裂紋是鑄鋼件生產(chǎn)中常見的缺陷之一。如圖1.3所示，針對(duì)熱裂紋的產(chǎn)生將鋼錠的結(jié)晶過程大致分為四個(gè)階段[18-19]：形核初期，晶粒自由漂浮，流體自由流動(dòng)，不產(chǎn)生裂紋；隨著溫度的降低，晶核長大，相鄰的晶核之間接觸搭接，形成連續(xù)的晶體骨架，產(chǎn)生多孔網(wǎng)絡(luò)，但由于此時(shí)鋼液黏度小，很容易實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮，所以凝固收縮導(dǎo)致的裂紋得到愈合，這一階段稱為漿狀區(qū)[20]；當(dāng)溫度繼續(xù)下降，液體減少，固相的骨架不能被鋼液的流動(dòng)抵消時(shí)，液膜破裂，熱裂紋缺陷開始形成，此階段稱為糊狀區(qū)[20]；完全凝固成固相后，當(dāng)晶粒間結(jié)合非常牢固時(shí)，內(nèi)部應(yīng)力不再導(dǎo)致缺陷的進(jìn)一步發(fā)展。熔體流動(dòng)補(bǔ)償凝固收縮和熱收縮固相宏觀應(yīng)力補(bǔ)縮路徑相干搭橋潤濕晶界自由流動(dòng)，無裂紋漿狀區(qū)糊狀區(qū)裂紋愈合液膜破裂枝晶橋的塑性變形液膜脆化共晶圖1.3枝晶凝固過程中熱裂紋相關(guān)現(xiàn)象示意圖Fig.1.3Diagramofthermalcrack-relatedphenomenaduringdendrite1.4大型鋼錠的研究現(xiàn)狀1.4.1晶粒細(xì)化的研究現(xiàn)狀金屬結(jié)晶后的晶粒大小是組織好壞的重要參數(shù)之一，中心等軸晶比較發(fā)達(dá)，顯微疏松較多，凝固組織不夠致密，從而降低其性能。細(xì)化等軸晶可以使夾雜元素和非金屬夾雜物、顯微疏松等缺陷更加分散，因而可以提高力學(xué)性能和抗疲勞性能。在大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)中，合金元素以及第二項(xiàng)粒子的強(qiáng)化效果比晶粒細(xì)化更為明顯，應(yīng)用也最為廣泛，但這些措施在提高強(qiáng)度的同時(shí)往往以犧牲一定的塑性為代價(jià)，細(xì)化晶粒是既不犧牲塑韌性又能提高材料強(qiáng)度的有效措施[21]。細(xì)化金屬凝固組織已成為材料科學(xué)領(lǐng)域中重要的研究課題。圖1.4總結(jié)了細(xì)化鑄態(tài)組織的方法。針對(duì)厚大鋼錠的生產(chǎn)缺陷，早在20世紀(jì)60年代前蘇聯(lián)研究人員就發(fā)明了懸浮?

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本文編號(hào)：2960599