超大型鋼錠凝固過程宏觀偏析與應力場的模擬計算.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。在實際生產中，大型鍛件是經過大型鋼錠鍛造而成，因此大型鍛件的質量與大型鋼錠的質量直接相關。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測并控制這些缺陷，以獲得質量合格的大型鋼錠，進而得到高性能的優(yōu)質鍛件。
　　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力場進行了模擬計算，并以溫度場數(shù)據為已知條件，根據超大型鋼錠凝固過程中的溶質元素再分配規(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，并利用該程序對鋼錠凝固過程中形成的宏觀偏析和負偏析沉積錐進行了預測計算，最后研究了鋼錠模的結構參數(shù)對宏觀偏析和應力場的影響規(guī)律，并對其結構參數(shù)進行了優(yōu)化。主要的研究結果如下所示：

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測計算，結果表明：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凝固過程中應力場進行了模擬計算，結果表明：在鋼錠凝固初期，鋼錠的外壁受拉應力作用而鋼錠內部受到壓應力作用，隨著凝固過程的進行，出現(xiàn)了應力反向，在凝固后期的應力狀態(tài)為鋼錠內部受拉應力作用鋼錠外壁受到壓應力作用，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模的結構設計參數(shù)對超大型鋼錠宏觀偏析和應力場的計算結果的影響，結果表明：隨著鋼錠模高徑比的增大，鋼錠的凝固時間逐漸減少，鋼錠內碳元素的分