Q345鋼凝固過程的模擬計算及鑄態(tài)組織分析.pdf

1、凝固過程是材料制備成型過程中的一個重要基礎(chǔ)階段，既影響工件軋制和鍛壓的工藝性能，又不同程度地影響成品的使用性能。因此，控制金屬的凝固過程，是提高金屬材料力學(xué)性能和工藝性能的重要手段。
　　凝固過程涉及熱量，質(zhì)量和動量的傳遞，是一個不透明的復(fù)雜的過程，要精確地分析凝固過程十分困難，但依靠計算機來進行數(shù)值模擬，可以對鑄件形成過程各個階段場的變化進行模擬計算，從而獲得合理的鑄造工藝控制參數(shù)。
　　本文以Q345鋼為研究對象，運用P

2、roCAST軟件分別對Q345鋼的常規(guī)凝固和定向凝固過程進行仿真模擬計算，研究不同凝固方式下的溫度場與凝固組織及Si元素的偏析情況，分析了Q345鋼的凝固規(guī)律。同時采用ZG-0.03A型真空感應(yīng)熔煉爐和電磁感應(yīng)定向生長爐，進行了Q345鋼常規(guī)凝固試驗和定向凝固試驗。利用蔡司金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡及能譜分析儀等設(shè)備，對試驗鋼進行了組織及鑄錠缺陷觀察。同時將模擬計算結(jié)果與試驗結(jié)果進行對照分析研究，以期獲得合理科學(xué)的Q345鋼鑄錠形成控制

3、參數(shù)，為實際生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。
　　通過對Q345鋼常規(guī)凝固模擬計算得出，過熱度對終態(tài)鑄坯微觀組織結(jié)構(gòu)具有較大的影響，晶粒平均半徑由75℃過熱度的0.2306mm減小到0℃的0.1862mm，并且中心等軸晶率也大大提高了；成分對于Q345鋼的鑄態(tài)組織有直接影響，模擬計算得出優(yōu)化的成分C、Mn、Si、P、S的含量分別為0.18％、1.60%、0.35%、0.04%、0.04%。
　　模擬計算小鑄錠組織等軸晶率為35.20%，試

4、驗鋼等軸晶率為34.80%，對比分析數(shù)據(jù)基本一致。模擬計算得出鑄錠宏觀縮孔缺陷為?=64.6mm，高h=76.92mm的漏斗形狀，試驗鋼縮孔為?=61.34mm，高h=78.53mm的不規(guī)則漏斗形，試驗結(jié)果與模擬計算結(jié)果相吻合。
　　定向凝固模擬計算得出，隨著凝固速率的增加，二次枝晶臂間距逐漸減小，抽拉速度由50μm/s增大到200μm/s時，二次枝晶臂間距由14.49μm減小到5.80μm，二次枝晶細化程度增加；與此同時，定向凝

5、固試樣穩(wěn)態(tài)區(qū)溶質(zhì)元素Si濃度分布均勻性變差。
　　定向凝固模擬計算凝固組織二次枝晶臂間距，100μm/s拉速下?2=11.59μm，150μm/s拉速下?2=8.69μm。試樣金相組織觀察得出，100μm/s拉速下平均二次枝晶臂間距?2約為14.96μm，150μm/s拉速下平均二次枝晶臂間距約等于8.33μm。對比模擬計算結(jié)果與試驗結(jié)果，兩者數(shù)據(jù)較為接近，證實了模擬過程與試驗過程相吻合。定向凝固試樣穩(wěn)態(tài)區(qū)線掃描能譜圖顯示，150