超大型鋼錠凝固過(guò)程宏觀偏析與應(yīng)力場(chǎng)的模擬計(jì)算.pdf

1、近年來(lái)，核電和船舶等重型裝備行業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)大型鍛件的需求量逐漸增多，對(duì)其性能要求也不斷提高。在實(shí)際生產(chǎn)中，大型鍛件是經(jīng)過(guò)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(jiàn)的缺陷，嚴(yán)重影響鋼錠的使用性能以及使用壽命，而且難以通過(guò)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(cè)并控制這些缺陷，以獲得質(zhì)量合格的大型鋼錠，進(jìn)而得到高性能的優(yōu)質(zhì)鍛件。
　　本文以中國(guó)一重鍛造用60

2、0噸超大型鋼錠為研究對(duì)象，利用鑄造工藝仿真軟件ProCAST對(duì)其凝固過(guò)程中溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了模擬計(jì)算，并以溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)為已知條件，根據(jù)超大型鋼錠凝固過(guò)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(yǔ)言編制了包含負(fù)偏析沉積錐的宏觀偏析計(jì)算程序，并利用該程序?qū)︿撳V凝固過(guò)程中形成的宏觀偏析和負(fù)偏析沉積錐進(jìn)行了預(yù)測(cè)計(jì)算，最后研究了鋼錠模的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)宏觀偏析和應(yīng)力場(chǎng)的影響規(guī)律，并對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。主要的研究結(jié)果如下所示：

3、　?、賹?duì)超大型鋼錠凝固過(guò)程中的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬計(jì)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(shí)間為104.14小時(shí)，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?fù)偏析沉積錐的宏觀偏析計(jì)算程序，對(duì)超大型鋼錠凝固過(guò)程中的宏觀偏析以及負(fù)偏析沉積錐進(jìn)行了預(yù)測(cè)計(jì)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(fù)偏析沉積錐，證明該算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)宏觀偏析以及負(fù)偏析沉積錐的模擬計(jì)

4、算。
　?、蹖?duì)超大型鋼錠凝固過(guò)程中應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了模擬計(jì)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(guò)程的進(jìn)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(jì)參數(shù)對(duì)超大型鋼錠宏觀偏析和應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)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(shí)間逐漸減少，鋼錠內(nèi)碳元素的分