基于連續(xù)介質模型的鑄鋼件宏觀偏析缺陷數(shù)值模擬研究.pdf

1、鑄鋼件凝固過程中常常出現(xiàn)宏觀偏析缺陷,導致鑄件各部位的微觀組織和力學性能產生很大差異。宏觀偏析在后續(xù)加工工序中難以消除,將殘留到最終產品零件中,影響鑄件的使用壽命與工作性能,甚至造成安全隱患。然而實驗研究宏觀偏析形成過程中的傳輸現(xiàn)象較為困難,難以保證鑄鋼件產品質量,且還存在鑄件開發(fā)周期長、資源浪費大等多種問題。因此采用數(shù)值模擬技術分析鑄鋼件凝固過程中宏觀偏析的產生,探討宏觀偏析缺陷形成機理以及尋求控制宏觀偏析缺陷的先進工藝手段,對提高鑄

2、鋼件產品質量具有十分重要的科學與工程實用價值。
　　首先,本文在明確宏觀偏析產生機理及其主要影響因素的前提下,基于混合理論,在連續(xù)介質模型的基礎上建立了熱溶質自然對流作用下多元合金凝固過程中宏觀偏析缺陷預測三維耦合數(shù)學模型。采用有限體積法和提出的修正Projection方法等數(shù)值求解技術,自主開發(fā)了多元合金凝固過程中宏觀偏析缺陷數(shù)值模擬系統(tǒng),并進行Benchmark試驗件數(shù)值模擬來驗證模擬系統(tǒng)的可靠性。
　　其次,針對具體的

3、二維與三維鑄鋼件實例,系統(tǒng)地分析了自然對流作用下不同類型宏觀偏析(正偏析,A型偏析,負偏析)缺陷的形成過程。隨后進一步探討了不同網格精度、冷卻速度、鑄件尺寸與形狀,二次枝晶間距對宏觀偏析缺陷形成的影響。其中還對比研究了3.3t大鋼錠實驗與數(shù)值模擬結果,驗證了鑄鋼件數(shù)值模擬系統(tǒng)的實用性。
　　再次,基于枝晶搭接理論,利用粘度與滲透率轉換函數(shù)建立了考慮自由等軸晶移動下多元合金凝固過程中宏觀偏析預測數(shù)學模型。對等軸晶移動下二維與三維鑄鋼