定向凝固是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)特厚板坯的工藝方法,相較傳統(tǒng)鋼錠生產(chǎn)有一定的質(zhì)量優(yōu)勢,相對電渣重熔工藝成本較低,對其凝固過程及組織進行控制是實現(xiàn)該工藝工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵。本文針對該關(guān)鍵問題采用熱態(tài)實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究換熱條件對定向凝固過程和組織的影響規(guī)律。設(shè)計了側(cè)向定向凝固的模擬試驗裝置,開展了Sn-Bi合金實驗、42Cr Mo鋼澆鑄試驗,建立了側(cè)向定向凝固的數(shù)學模型,研究了水冷、空冷等條件下對側(cè)向定向凝固枝晶生長規(guī)律。研究結(jié)果表明:本澆注試驗條件下,水冷和空冷條件下柱狀晶生成長度分別為130mm和90mm,水冷條件下柱狀晶比空冷長44.4%,并且水冷條件下產(chǎn)生的晶粒中存在更多的亞結(jié)構(gòu)和內(nèi)應(yīng)力。水冷保溫側(cè)向中心區(qū)生長的柱狀晶則縮短33.3%,晶粒平均尺寸106.1um較空冷平均晶粒尺寸為170.8um縮小了37.8%更加致密。在本數(shù)值模擬條件下,隨著體形核率由1×107降低至1×105,所需柱狀晶長度由10.2mm增長至172.0mm,3000 W/m K的冷卻強度較為適合柱狀晶生長,1100℃為最佳預熱溫度。 

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
中文摘要
ABSTRACT
1.緒論
    1.1 引言
    1.2 特厚板生產(chǎn)現(xiàn)狀
        1.2.1 特厚板特點
        1.2.2 國內(nèi)外在特厚板鋼坯制造的技術(shù)現(xiàn)狀
        1.2.3 國內(nèi)外在特厚板鋼坯的定向凝固技術(shù)現(xiàn)狀
    1.3 定向凝固理論研究
        1.3.1 成分過冷理論
        1.3.2 界面穩(wěn)定動力學理論
    1.4 定向凝固過程形核與生長模型
        1.4.1 金屬形核模型
        1.4.2 晶體生長模型
        1.4.3 隨機性模型
    1.5 定向凝固組織與性能
        1.5.1 定向凝固的組織
        1.5.2 定向凝固的性能
    1.6 鑄件凝固過程基本研究方法
        1.6.1 實驗法
        1.6.2 物理模擬法
        1.6.3 數(shù)值模擬法
    1.7 凝固過程數(shù)值模擬的發(fā)展
        1.7.1 數(shù)值模擬方式和軟件的發(fā)展
        1.7.2 凝固過程溫度模擬發(fā)展
        1.7.3 凝固過程缺陷預測發(fā)展
2 SnBi合金與42Cr Mo的物理實驗
    2.1 試驗?zāi)＞邷蕚?br>    2.2 SnBi合金側(cè)向定向凝固試驗
        2.2.1 SnBi合金側(cè)向凝固試驗過程
        2.2.2 SnBi合金的實驗結(jié)果分析
    2.3 42CrMo的物理實驗
        2.3.1 熔化材料并澆鑄
        2.3.2 宏觀組織觀察
        2.3.3 光學顯微觀察
        2.3.4 掃描電鏡觀察及能譜分析
        2.3.5 電解拋光與EBSD分析
    2.4 42CrMo側(cè)向定向凝固的試驗結(jié)果與分析
        2.4.1 宏觀組織分析
        2.4.2 金相組織分析
        4.4.3 EDS及 EBSD分析
    2.5 本章小結(jié)
3 42CrMo的單側(cè)定向凝固數(shù)值模擬
    3.1 42CrMo的數(shù)值模擬中的模型建立與材料數(shù)據(jù)計算
        3.1.1 模型設(shè)計與導入
        3.1.2 Mesh Cast文件導入和網(wǎng)格計算
        3.1.3 材料熱物性參數(shù)確定
    3.2 模擬初始條件、邊界條件及后處理條件的設(shè)立
        3.2.1 模擬初始條件確立
        3.2.2 邊界條件確立
        3.2.3 CAFE后處理參數(shù)設(shè)置
    3.4 模擬結(jié)果與分析
        3.4.1 凝固過程溫度場分析
        3.4.2 凝固過程組織分布及分析
    3.5 本章小結(jié)
4 不同參數(shù)對側(cè)向定向凝固組織生長的影響
    4.1 體形核率對側(cè)向定向凝固組織生長的影響
    4.2 冷卻強度對側(cè)向定向凝固組織生長的影響
    4.3 模具預熱溫度對側(cè)向定向凝固組織生長的影響
    4.4 本章小結(jié)
5 結(jié)論
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況
作者簡介


【參考文獻】：
期刊論文
[1]定向凝固晶粒競爭生長的研究進展[J]. 王錦程,郭春文,李俊杰,王志軍.  金屬學報. 2018(05)
[2]鑄鋼件凝固過程宏觀相組織的數(shù)值計算研究[J]. 方毅,車家寶,廖敦明,陳濤,曹流,孫飛.  鑄造技術(shù). 2018(03)
[3]海工鋼特厚板的質(zhì)量控制[J]. 李萬明,吳少鵬,李德軍,王鵬,臧喜民.  遼寧科技大學學報. 2018(01)
[4]界面特性對特厚板坯復合軋制復合效果的影響[J]. 孫建亮,彭艷,谷尚武,杜興明.  中國機械工程. 2017(20)
[5]水冷模鑄造技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J]. 耿明山,曹建寧,劉艷.  中國冶金. 2017(09)
[6]SS400特厚板坯連鑄二冷凝固過程的數(shù)值模擬研究[J]. 吳亞飛,余曉霞,黃軍,王寶峰,陳偉鵬.  鑄造技術(shù). 2017(02)
[7]連鑄特厚板坯易發(fā)質(zhì)量缺陷的控制[J]. 毛敬華,阮細保,韓志偉,孔意文,劉強.  連鑄. 2015(05)
[8]液態(tài)金屬冷卻法制備重型燃機定向結(jié)晶空心葉片凝固過程的實驗與模擬[J]. 盧玉章,席會杰,申健,鄭偉,謝光,樓瑯洪,張健.  金屬學報. 2015(05)
[9]定向凝固技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 李勇,鄭碰菊,張建波,劉耀,楊新濤.  材料導報. 2014(23)
[10]大型特厚板坯料制造技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]. 耿明山,劉艷,黃衍林.  中國冶金. 2014(08)

博士論文
[1]高中壓轉(zhuǎn)子鑄錠凝固過程數(shù)值模擬及服役條件下組織演變研究[D]. 顧濤.燕山大學 2015

碩士論文
[1]小型鋼錠的優(yōu)化設(shè)計與數(shù)值模擬研究[D]. 關(guān)銳.遼寧科技大學 2016
[2]大型鑄鋼件凝固過程數(shù)值模擬參數(shù)值優(yōu)化[D]. 李建強.哈爾濱工業(yè)大學 2011



本文編號：3677352