電渣重熔鋼錠動態(tài)溫度場及微觀組織的研究.pdf

1、電渣重熔工藝是一種兼有精煉提純和順序凝固雙重功能的典型純凈化成型技術(shù)，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高強度機械零件毛坯的新方法。鋼錠在凝固過程中所形成的微觀組織直接決定著其力學性能的優(yōu)劣和使用壽命的長短，所以對微觀組織的準確模擬可以節(jié)約試驗成本、完善電渣重熔的工藝。
　　本文采用ProCAST軟件對電渣重熔鋼錠的動態(tài)溫度場及凝固組織進行了模擬，首先建立了二維軸對稱幾何模型，然后劃分有限元粗網(wǎng)格求解得到電渣重熔過程的動態(tài)溫度分布。重熔開始時熔池基本水平

2、，隨鋼錠逐漸增高，熔池也不斷接近拋物面狀，其深度與鋼錠半徑接近。當電渣重熔達到穩(wěn)態(tài)時，熔池形狀和大小不再隨鑄錠高度的增加而變化。為計算鋼錠的微觀組織，通過插值因子由宏觀溫度場求得微觀溫度場。
　　因為凝固過程中的傳質(zhì)以及能量起伏是隨機過程，所以本文采用更為接近實際的概率法（元胞自動機法）來研究微觀組織的形成過程。本文使用Rappaz等提出的一種基于高斯分布的形核模型和Kurz等提出的KGT生長模型來模擬鋼錠凝固過程。在電渣重熔過程

3、中，開始時熱量主要由底面?zhèn)鞒?，因此柱狀晶會沿著豎直方向生長，隨著鋼錠不斷增高，鋼錠凝固受邊界散熱條件和內(nèi)部溫度場的影響，金屬熔池越來越接近于拋物面形狀，熱流方向和柱狀晶的生長方向也開始傾向軸向，最終形成倒V形的軸對稱結(jié)構(gòu)。本文還研究了電極熔速、渣池溫度等工藝參數(shù)對電渣鋼錠溫度場的影響及形核參數(shù)對凝固組織的影響。
　　為驗證模擬結(jié)果的準確性，本文以H13電極為原料，經(jīng)電渣重熔后得到圓柱形鋼錠，再經(jīng)線切割、精磨等工序之后，用王水溶液酸