7XXX鋁合金熱頂半連續(xù)鑄造的數(shù)值模擬.pdf

1、熱頂鑄造很好地解決了常規(guī)鑄造存在的一些缺陷如偏析、冷隔、縮孔縮松、裂紋等。然而由于數(shù)值模擬方法在熱頂鑄造方面的研究及應(yīng)用較少，使得研究人員不能直觀的了解到鑄造過程中溫度場、液穴及應(yīng)力場的分布情況。本文使用ProCAST及其他輔助軟件對7050鋁合金熱頂鑄造過程中的溫度場和應(yīng)力場做了較為深入的分析，主要包括以下兩個方面:
　　 1.通過自行設(shè)計(jì)的兩套測溫系統(tǒng)分別測得鑄坯在一冷水和二冷水作用下的溫度變化曲線。利用一維導(dǎo)熱方程分別求解

2、出鑄坯與一冷水和鑄坯與二冷水之間隨溫度變化的換熱系數(shù)的數(shù)值。使用VC編程將求得的換熱系數(shù)作為邊界條件輸入ProCAST中，求解鑄錠的溫度曲線，并將此溫度曲線與實(shí)驗(yàn)測得的溫度曲線對比，相互驗(yàn)證。對于鑄坯與結(jié)晶器之間的換熱而言，換熱系數(shù)與鑄坯溫度成指數(shù)型遞增趨勢，且換熱系數(shù)的最大值出現(xiàn)在溫度為680℃時，其值為6147W/(m2.k);對于鑄坯與二冷水之間的換熱而言，換熱系數(shù)與溫度間的變化趨勢為先增大后減小，在溫度為220℃附近達(dá)到最大值，

3、且最大值為14763W/(m2.k)。通過溫度場模擬發(fā)現(xiàn)，仿真得到的溫度曲線與實(shí)驗(yàn)得到的溫度曲線之間的誤差在7％以內(nèi)。
　　 2.使用ProCAST軟件模擬了鑄造速度、鑄造溫度及熱頂結(jié)晶器內(nèi)徑對鑄造過程中鑄錠溫度場、應(yīng)力場、液穴及形核率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，熱頂鑄造過程中初始凝殼點(diǎn)的位置隨鑄造速度的增大而下移。當(dāng)鑄造速度達(dá)到70mm/min時，初始凝殼點(diǎn)在熱頂帽內(nèi)部;當(dāng)鑄造速度達(dá)到85mm/min時，鑄錠的初始凝殼點(diǎn)在結(jié)晶器內(nèi)距結(jié)晶

4、器上沿18mm處;當(dāng)鑄造速度達(dá)到100 mm/min時，鑄錠的初始凝殼點(diǎn)在結(jié)晶器內(nèi)距結(jié)晶器上沿46mm處。液穴的深度隨鑄造速度的增大而增大，當(dāng)鑄造速度分別為70mm/min、85mm/min及100mm/min時，液穴的深度分別為142mm、156mm和187mm。三種鑄造速度下的晶核形核率分別為1.215×1024、3.731×1023和6.043×1022。鑄造過程中最大應(yīng)力位置發(fā)生在鑄錠表面或鑄錠底部，且最大應(yīng)力值隨鑄造速度的增大