本文關(guān)鍵詞：超大型鋼錠凝固過程宏觀偏析與應(yīng)力場的模擬計(jì)算，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來，核電和船舶等重型裝備行業(yè)的高速發(fā)展，對大型鍛件的需求量逐漸增多，對其性能要求也不斷提高。在實(shí)際生產(chǎn)中，大型鍛件是經(jīng)過大型鋼錠鍛造而成，因此大型鍛件的質(zhì)量與大型鋼錠的質(zhì)量直接相關(guān)。宏觀偏析、裂紋以及變形等缺陷是大型鋼錠中常見的缺陷，嚴(yán)重影響鋼錠的使用性能以及使用壽命，而且難以通過后續(xù)的鍛造等工序去除，因此必須在鋼錠的鑄造階段預(yù)測并控制這些缺陷，以獲得質(zhì)量合格的大型鋼錠，進(jìn)而得到高性能的優(yōu)質(zhì)鍛件。 本文以中國一重鍛造用600噸超大型鋼錠為研究對象，利用鑄造工藝仿真軟件ProCAST對其凝固過程中溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行了模擬計(jì)算，并以溫度場數(shù)據(jù)為已知條件，根據(jù)超大型鋼錠凝固過程中的溶質(zhì)元素再分配規(guī)律以及晶體的沉降理論，利用C++程序語言編制了包含負(fù)偏析沉積錐的宏觀偏析計(jì)算程序，并利用該程序?qū)︿撳V凝固過程中形成的宏觀偏析和負(fù)偏析沉積錐進(jìn)行了預(yù)測計(jì)算，最后研究了鋼錠模的結(jié)構(gòu)參數(shù)對宏觀偏析和應(yīng)力場的影響規(guī)律，，并對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。主要的研究結(jié)果如下所示： ①對超大型鋼錠凝固過程中的溫度場進(jìn)行了模擬計(jì)算，結(jié)果表明：600t超大型鋼錠在目前的條件下完全凝固的時(shí)間為104.14小時(shí)，而且鋼錠在凝固初期的凝固速度要大于凝固后期的凝固速度。 ②利用編制的包含負(fù)偏析沉積錐的宏觀偏析計(jì)算程序，對超大型鋼錠凝固過程中的宏觀偏析以及負(fù)偏析沉積錐進(jìn)行了預(yù)測計(jì)算，結(jié)果表明：在模擬鋼錠中出現(xiàn)了明顯的宏觀偏析且在鋼錠底部中心位置出現(xiàn)了負(fù)偏析沉積錐，證明該算法可以實(shí)現(xiàn)對宏觀偏析以及負(fù)偏析沉積錐的模擬計(jì)算。 ③對超大型鋼錠凝固過程中應(yīng)力場進(jìn)行了模擬計(jì)算，結(jié)果表明：在鋼錠凝固初期，鋼錠的外壁受拉應(yīng)力作用而鋼錠內(nèi)部受到壓應(yīng)力作用，隨著凝固過程的進(jìn)行，出現(xiàn)了應(yīng)力反向，在凝固后期的應(yīng)力狀態(tài)為鋼錠內(nèi)部受拉應(yīng)力作用鋼錠外壁受到壓應(yīng)力作用，鋼錠中容易出現(xiàn)裂紋的位置在鋼錠的外壁位置。 ④研究了鋼錠模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)對超大型鋼錠宏觀偏析和應(yīng)力場的計(jì)算結(jié)果的影響，結(jié)果表明：隨著鋼錠模高徑比的增大，鋼錠的凝固時(shí)間逐漸減少，鋼錠內(nèi)碳元素的分布更均勻，鋼錠底部的負(fù)偏析沉積錐的高度也有所降低，其高度從高徑比為0.85時(shí)的2300mm減小到了高徑比為1.6時(shí)的1200mm，鋼錠模高徑比的值在1.15附近，鋼錠內(nèi)出現(xiàn)裂紋的可能性相對較低；鋼錠模的錐度對鋼錠凝固過程中溫度場、宏觀偏析的影響不明顯，在鋼錠模錐度的值4.1%附近，鋼錠內(nèi)出現(xiàn)裂紋的可能性相對較低；從減少宏觀偏析和裂紋缺陷的角度考慮，600t鋼錠鋼錠模相對合理的高徑比的值為1.3，相對合理的鋼錠模錐度的值為4.25%。
【關(guān)鍵詞】：超大型鋼錠 宏觀偏析 溫度場 應(yīng)力場 鋼錠模
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TG244.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 鋼錠中的宏觀偏析10-11
• 1.3 鋼錠中的應(yīng)力相關(guān)理論11-12
• 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4.1 鋼錠中的宏觀偏析模擬現(xiàn)狀12-13
• 1.4.2 鋼錠中的應(yīng)力場的模擬現(xiàn)狀13-14
• 1.5 研究目的及意義14-15
• 1.6 研究內(nèi)容15-17
• 2 超大型鋼錠凝固過程溫度場的模擬計(jì)算17-29
• 2.1 研究對象以及特點(diǎn)17-18
• 2.2 模擬軟件 ProCAST 簡介18-19
• 2.3 超大型鋼錠凝固過程中溫度場數(shù)學(xué)模型19-23
• 2.3.1 基本假設(shè)與幾何模型19
• 2.3.2 凝固傳熱模型控制方程19-20
• 2.3.3 初始條件及邊界條件20
• 2.3.4 熱物性參數(shù)20-23
• 2.4 溫度場的計(jì)算結(jié)果與分析23-26
• 2.5 計(jì)算結(jié)果的導(dǎo)出26-27
• 2.6 本章小結(jié)27-29
• 3 超大型鋼錠中宏觀偏析模擬計(jì)算29-43
• 3.1 合金凝固過程29-33
• 3.1.1 合金凝固的平衡凝固狀態(tài)30-31
• 3.1.2. 合金凝固的近平衡凝固狀態(tài)31-32
• 3.1.3 合金凝固的非平衡凝固狀態(tài)32-33
• 3.2 超大鋼錠中宏觀偏析預(yù)測算法的計(jì)算原理33-36
• 3.2.1 超大型鋼錠凝固過程中固相體積的計(jì)算33-35
• 3.2.2 超大型鋼錠中溶質(zhì)濃度的計(jì)算35-36
• 3.3 超大型鋼錠宏觀偏析預(yù)測算法的計(jì)算流程圖36-38
• 3.4 鋼錠中宏觀偏析以及負(fù)偏析沉積錐的計(jì)算38-41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 4 超大型鋼錠凝固過程應(yīng)力場模擬43-53
• 4.1 熱應(yīng)力模擬的相關(guān)理論43-44
• 4.2 應(yīng)力場模擬數(shù)學(xué)模型的建立44-47
• 4.2.1 基本假設(shè)與幾何模型44
• 4.2.2 熱彈塑性應(yīng)力—應(yīng)變本構(gòu)方程44-45
• 4.2.3 初始條件與邊界條件45
• 4.2.4 材料力學(xué)性能參數(shù)的確定45-47
• 4.3 應(yīng)力場模擬軟件設(shè)置47
• 4.4 應(yīng)力場模擬結(jié)果討論與分析47-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 5 鍛造用鋼錠模的設(shè)計(jì)53-79
• 5.1 鍛造用鋼錠模的設(shè)計(jì)要求53
• 5.2 鋼錠模的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)53-56
• 5.3 600 噸超大型鋼錠鋼錠模設(shè)計(jì)實(shí)踐56-58
• 5.3.1 鋼錠模結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算56-57
• 5.3.2 鋼錠模的設(shè)計(jì)方案57-58
• 5.4 鋼錠模設(shè)計(jì)參數(shù)對鋼錠質(zhì)量的影響58-77
• 5.4.1 鋼錠模設(shè)計(jì)參數(shù)對鋼錠凝固過程溫度場的影響58-63
• 5.4.2 鋼錠模設(shè)計(jì)參數(shù)對鋼錠凝固過程宏觀偏析的影響63-68
• 5.4.3 鋼錠模的設(shè)計(jì)參數(shù)對鋼錠凝固過程應(yīng)力場的影響68-76
• 5.4.4 關(guān)于鋼錠模設(shè)計(jì)參數(shù)的改進(jìn)76-77
• 5.5 本章小結(jié)77-79
• 6 結(jié)論79-81
• 致謝81-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 附錄87

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：309799