【摘要】：連鑄坯裂紋缺陷是影響鑄坯質(zhì)量的主要缺陷,其產(chǎn)生的內(nèi)因是由鑄坯自身的高溫力學(xué)性能決定的。目前,連鑄坯高溫力學(xué)性能的測量多是通過Gleeble熱模擬機(jī)熱拉伸實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的,但是高溫拉伸實(shí)驗(yàn)過程中,試樣內(nèi)部存在的溫度分布不均勻會(huì)對最終測量得到的力學(xué)性能準(zhǔn)確性造成影響。因此,構(gòu)建高溫拉伸實(shí)驗(yàn)過程磁電和熱模型,研究試樣內(nèi)部溫度分布,并優(yōu)化最終測試溫度,對高溫力學(xué)性能測量精度的提高具有重要的意義。論文以X70鋼連鑄坯為研究對象,通過數(shù)值模擬的方法,建立了工頻交流電下銅夾具和試樣三維電場和磁場耦合的數(shù)學(xué)模型,分析了典型溫度下試樣內(nèi)部磁場和電流分布;基于電磁耦合模型得到的電流分布,構(gòu)建了銅夾具和試樣三維電場和傳熱耦合的焦耳熱數(shù)學(xué)模型,并量化了輸入電流與拉伸溫度的對應(yīng)關(guān)系,探討不同拉伸溫度下試樣內(nèi)部溫度分布規(guī)律;基于上述模型求解得到的試樣的溫度場信息,通過平均絕對差的方法,優(yōu)化了高溫拉伸實(shí)驗(yàn)的測試溫度;最后,以單軸高溫拉伸實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),比對分析了優(yōu)化測試溫度下高溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)測試數(shù)據(jù)的差異。詳細(xì)的結(jié)論如下:(1)建立了工頻交流電下銅夾具和試樣三維電場和磁場耦合的數(shù)學(xué)模型,研究了兩種典型溫度下試樣內(nèi)部磁場和電流分布規(guī)律。發(fā)現(xiàn)高溫和低溫兩種情況下,試樣內(nèi)部磁場分布較為相似,都呈現(xiàn)表層最大,并向中心衰減的規(guī)律。但是磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小差異較大,低溫情況下,磁感應(yīng)強(qiáng)度較大,所引起的電流集膚效應(yīng)也比較明顯,電流主要集中在試樣表層約2 mm;而高溫時(shí),由較小的磁感應(yīng)強(qiáng)度引起的電流集膚效應(yīng)幾乎可忽略。(2)基于上述模型得到的試樣內(nèi)部電流分布,建立了銅夾具和試樣三維電場和傳熱耦合的焦耳熱模型,通過二分法量化了輸入電流和拉伸溫度的關(guān)系,研究了不同拉伸溫度下試樣內(nèi)部的溫度分布的規(guī)律。結(jié)果表明,隨著輸入電流增大,溫度先緩慢增加,而后輸入電流密度達(dá)到4.5×10~5 A/m~2后,溫度隨電流增大急劇增大,此時(shí)溫度和電流幾乎呈現(xiàn)線性關(guān)系;不同拉伸溫度下,試樣橫截面內(nèi)的溫度分布均關(guān)于中心呈圓對稱分布,且由中心向邊緣減小。此外隨著拉伸溫度的升高,中心與表面的溫度差值增大,即溫度梯度增大。(3)基于電熱耦合數(shù)學(xué)模型得到的不同拉伸溫度下試樣內(nèi)部溫度場信息,以平均絕對差的形式定義了試樣橫截面內(nèi)的溫度與拉伸溫度的差異程度,在保證兩者差值絕對值總和最小的前提下,優(yōu)化了測試溫度。優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)溫度與傳統(tǒng)拉伸實(shí)驗(yàn)溫度的差值隨著拉伸溫度的升高而增大,且呈線性關(guān)系。(4)以單軸高溫拉伸實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),比對分析了優(yōu)化測試溫度下高溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)測試數(shù)據(jù)的差異。隨著拉伸溫度的升高,溫度修正的程度增大,但優(yōu)化實(shí)驗(yàn)溫度與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)溫度測量得到的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度的差值卻減小。
【圖文】：

力學(xué)性能的測量及其準(zhǔn)確性將對裂紋產(chǎn)生的機(jī)理認(rèn)識(shí)有指導(dǎo)意熱模擬機(jī)可以較為準(zhǔn)確的模擬鑄坯真實(shí)熱履歷的優(yōu)勢，高溫力學(xué)擬機(jī)高溫拉伸實(shí)驗(yàn)測量。然而，在試樣的高溫拉伸實(shí)驗(yàn)過程中存在的溫度梯度會(huì)影響連鑄坯的高溫力學(xué)性能的測量精確性。過程試樣內(nèi)部溫度分布，并優(yōu)化最終拉伸溫度將對連鑄坯高溫確性有重要意義。鑄坯裂紋坯裂紋是影響連鑄產(chǎn)量和鑄坯質(zhì)量的主要缺陷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鑄坯缺陷所占比例在 50%以上[1]。連鑄過程中鑄坯出現(xiàn)裂紋，輕者需進(jìn)接導(dǎo)致鋼坯拉漏，生產(chǎn)廢品，從而降低連鑄機(jī)生產(chǎn)的效率，影，使得生產(chǎn)成本增加。坯上的裂紋根據(jù)分布和形狀大體可以分為兩類：以網(wǎng)狀裂紋和表的表面裂紋和以星狀裂紋、中間裂紋和皮下裂紋為主的內(nèi)部裂紋

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 連鑄坯裂紋形成機(jī)理鑄坯裂紋產(chǎn)生的原因非常復(fù)雜，受連鑄機(jī)結(jié)構(gòu)、連鑄過程工藝參數(shù)為及鑄坯冷卻條件等多方面的影響，如圖 1.2 所示。但從根本上，因是由鑄坯高溫性能決定的，，外因則是由連鑄過程鑄坯受到的各種]。鑄坯在連鑄過程中承受的應(yīng)力包含熱應(yīng)力、摩擦力、相變應(yīng)力、鼓矯直力和鋼水靜壓力等。當(dāng)作用于高溫連鑄坯殼上的總應(yīng)力或由應(yīng)力起的總應(yīng)變超過鑄坯的臨界應(yīng)力或應(yīng)變時(shí)，裂紋便在坯殼最薄弱位裂紋，然后經(jīng)歷二次冷卻區(qū)域，微小裂紋在受應(yīng)力綜合作用后，得較為明顯宏觀裂紋。
【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】：2018
【分類號】：TF777

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2639398