冷却速度对铸件二次枝晶臂间距影响的模拟研究.pdf

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1、《大型铸锻件》No．4HEAVYCASⅡNGAND0RGINGJuly2014⋯’◆⋯。◆⋯。◆⋯‘◆ll◆⋯。◆⋯I试验研究IlItl◆⋯l◆⋯l◆⋯l◆Il◆IIl◆⋯l，冷却速度对铸件二次枝晶臂间距影响的模拟研究孙德润张宏门正兴李其房鑫(1．中国第二重型机械集团公司，四川618013；2．二重大型铸锻件数值模拟国家工程实验室，四川610052)摘要：设计了45#钢阶梯凝固试验并进行了有限元分析，研究了不同冷却速度对二次枝晶臂间距尺寸的影响。根据模拟结果拟合了冷却速度与二次枝晶臂间距经验公式，为判断铸件冷却温度、建立高温扩散退火预

2、判机制、降低铸件偏析和避免裂纹的产生提供理论依据。关键词：45#钢；冷却速度；二次枝晶臂间距；有限元分析中图分类号：0242．21文献标志码：ASimulationResearchontheEffectofCoolingRateonSecondaryDendriteArmSpacinginCastingSunDerun，ZhangHong，MenZhengxing，LiQi，FangXinAbstract：Thesolidificationexperimentfor45steelisdesignedandfiniteelementan

3、alysisiscarriedout．Theeffectofdiferentcoolingratesonthesecondarydendritearmspacing(SDAS)isresearched．TheempiricalformulaforcoolingrateandSDASisfitted．Itwillprovidethetheoryevidenceforjud~ngthecoolingtemperatureofcastingandestablishingthehightemperaturediffusionannealing

4、anticipationmechanismanddecreasingthesegregationandcrackincasting．Keywords：45#steel；coolingrate；seconddendritearmspacing(SDAS)；finiteelementanalysis金属凝固过程中，凝固前沿结晶总是在结晶面溶质偏析小的地方和结晶潜热散出最快的地方优先生长。铁为立方晶格，呈正六面体结晶，在晶核长大过程中，其棱角方向要比其它方向的导热性好，而且棱角离未被溶质富集的液体最近，因图1试样尺寸图Figure1Thed

5、imensionaldrawingoftestpiece此，沿棱角方向长大的速度要比其它方向快，其生长方向几乎与热流方向平行，即为一次枝晶。垂1铸件凝固实验设计直于一次枝晶臂面长出来的分叉枝晶即为二次枝晶¨j。为分析不同冷却速度对铸件微观组织的影二次枝晶臂间距大小对后期的高温扩散退火响，采用阶梯型试样分析冷却速度对铸件二次枝晶臂间距的影响。阶梯型试样结构如图1所示，工艺、铸件偏析和内部裂纹的产生有直接影响。阶梯厚度b分别为8mm、12mm、20nlm和30二次枝晶臂间距完全取决于铸件凝固过程的冷却速度，过小的冷却速度会使二次枝晶臂间距

6、变大，mm。试验材料为45拌钢，其化学成分如表1所示，实验浇注温度为1550oC，浇注速度3．3mm／这会导致后期高温扩散退火工艺达不到效果。因此找到并选择合适的冷却速度，获得理想的二次S，在大气环境下进行浇注。枝晶臂间距对制订后期高温扩散工艺，降低铸件2铸件凝固结果分析偏析和内部裂纹有非常重要的意义。本文利用有2．1铸件冷却曲线提取与分析限元数值模拟技术，设计计算了阶梯型试验，直观图2为梯形铸件凝固过程中不同厚度截面中研究不同冷却速度下的二次枝晶臂间距，并通过一fl,温度随时间变化的曲线。根据整体冷却曲线计回归分析两者间的影响。算试

7、件整体平均冷却速度分别为：b=8mm，V收稿日期：2O13—12—3O=1．22~C／s(73．2％／min)；6=12inl／l，V=O．92~C／s1No．4《大型铸锻件》July2014HEAVYCAⅡNGANDFORGING标准的中上限。15CrMo(H)钢是利用Cr．Mo复合材料的显微组织产生明显变化，铁素体含量减少，热强化的。由于Cr对不同类型的碳化物组成及贝氏体数量增加，材料的强度、韧性会产生明显增分布的复杂影响，使Cr-Mo含量维持在彼此相互高。冷却速度从0．5~C／s提高至1oC／s时，贝氏作用的最佳值时，才能收到最

8、佳的强化效果。通体的数量将产生一个阶段性变化，材料的力学性过试验发现，1Cr-0．5Mo配比时，强化效果最能将会有较大提高。有效的控制材料的冷却速佳。度，获得更多份数的贝氏体组织，将对稳定材料的(3)为保证低温韧性指标要