薄帶雙輥鑄軋凝固過程組織演變的數(shù)值模擬.pdf

1、薄帶雙輥鑄軋技術(shù)作為冶金及材料加工領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)前沿技術(shù)，因?yàn)槠涠塘鞒碳翱焖倌痰奶攸c(diǎn)，不僅可以提高生產(chǎn)效率、降低成本，還能有效的改善帶坯的性能，同時(shí)還可以生產(chǎn)常規(guī)工藝下難以加工的產(chǎn)品。由于雙輥薄帶鑄軋過程中各工藝參數(shù)間的匹配比較復(fù)雜，如果只是采用實(shí)驗(yàn)方法，不僅耗時(shí)長(zhǎng)、工作量大，還存在一定的盲目性。而通過計(jì)算機(jī)模擬則可以方便地找出鑄軋過程中各工藝參數(shù)之間的聯(lián)系，得到不同工藝參數(shù)對(duì)鑄軋產(chǎn)品的微觀組織以及鑄軋工藝過程穩(wěn)定性的影響，找出其中的規(guī)

2、律性，對(duì)于優(yōu)化鑄軋生產(chǎn)工藝，提高薄帶質(zhì)量具有重要的理論意義。
　　本文基于立式雙輥薄帶鑄軋工藝凝固過程的特點(diǎn)，建立了薄帶鑄軋凝固過程微觀組織演化的數(shù)理模型，并結(jié)合元胞自動(dòng)機(jī)(CA)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)薄帶凝固過程的微觀組織演化的數(shù)值模擬。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)運(yùn)用有限元法來求解鑄軋過程熔池內(nèi)部的三維宏觀傳輸問題，基于鑄軋熔池的形狀特點(diǎn)，采用了智能網(wǎng)格劃分技術(shù)，以AZ31B鎂合金為對(duì)象研究了不同工藝條件下熔池內(nèi)部的溫度

3、場(chǎng)及流場(chǎng)的分布情況。
　　(2)建立了基于溶質(zhì)擴(kuò)散控制的枝晶生長(zhǎng)模型，并通過對(duì)KGT模型的改進(jìn)，建立了對(duì)流條件下的枝晶尖端生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型，結(jié)合元胞自動(dòng)機(jī)方法，提出了枝晶生長(zhǎng)模型的數(shù)值算法。
　　(3)通過跟蹤一個(gè)隨輥面移動(dòng)的微區(qū)作為微觀組織模擬區(qū)域，該模擬區(qū)域內(nèi)部的溫度場(chǎng)由宏觀溫度場(chǎng)的結(jié)果通過插值的方法計(jì)算，而溶質(zhì)擴(kuò)散及晶粒的形核生長(zhǎng)的計(jì)算則在微觀的尺度上進(jìn)行。隨著模擬區(qū)域與鑄輥同步的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鑄軋凝固微觀組織演化過程的

4、宏微觀耦合模擬。
　　(4)基于所建立的枝晶生長(zhǎng)模型及宏微觀耦合算法，編制了鑄軋薄帶凝固過程微觀組織模擬程序，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)枝晶形貌及晶粒組織演化的可視化模擬。
　　(5)運(yùn)用編制的模擬程序，對(duì)鎂合金單個(gè)等軸晶及多個(gè)等軸晶的生長(zhǎng)進(jìn)行了模擬研究，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，兩者吻合較好。對(duì)不同工藝條件下，鎂合金薄帶的微觀組織演化進(jìn)行了模擬，研究了工藝參數(shù)對(duì)鎂合金薄帶凝固組織的影響規(guī)律。
　　(6)運(yùn)用編制的模擬程序，對(duì)3％Si硅

5、鋼單個(gè)等軸晶及定向凝固過程的枝晶形貌進(jìn)行了模擬計(jì)算，以此來研究硅鋼凝固過程枝晶的生長(zhǎng)特性。對(duì)硅鋼凝固過程中柱狀晶向等軸晶的轉(zhuǎn)變(CET)進(jìn)行了模擬，研究了溫度梯度和冷卻速度對(duì)凝固過程中柱狀晶與等軸晶間競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上對(duì)不同過熱度條件下硅鋼薄帶的凝固組織進(jìn)行了模擬，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比顯示了兩者具有很好的一致性。通過對(duì)不同工藝條件下鑄軋硅鋼薄帶凝固組織的模擬，研究了工藝參數(shù)對(duì)薄帶的枝晶間距、柱狀晶區(qū)比例等形貌特征的影響規(guī)律，為鑄