超大型鋼錠凝固過程宏觀偏析與應(yīng)力場的模擬計算.pdf

1、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，進而得到高性能的優(yōu)質(zhì)鍛件。
　　本文以中國一重鍛造用60

2、0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)力場進行了模擬計算，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偏析沉積錐的宏觀偏析計算程序，并利用該程序?qū)︿撳V凝固過程中形成的宏觀偏析和負偏析沉積錐進行了預(yù)測計算，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)進行了優(yōu)化。主要的研究結(jié)果如下所示：

3、　?、賹Τ笮弯撳V凝固過程中的溫度場進行了模擬計算，結(jié)果表明：600t超大型鋼錠在目前的條件下完全凝固的時間為104.14小時，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。
　?、诶镁幹频陌撈龀练e錐的宏觀偏析計算程序，對超大型鋼錠凝固過程中的宏觀偏析以及負偏析沉積錐進行了預(yù)測計算，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)了負偏析沉積錐，證明該算法可以實現(xiàn)對宏觀偏析以及負偏析沉積錐的模擬計

4、算。
　?、蹖Τ笮弯撳V凝固過程中應(yīng)力場進行了模擬計算，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。
　?、苎芯苛虽撳V模的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)對超大型鋼錠宏觀偏析和應(yīng)力場的計算結(jié)果的影響，結(jié)果表明：隨著鋼錠模高徑比的增大，鋼錠的凝固時間逐漸減少，鋼錠內(nèi)碳元素的分