冷芯锭的凝固数值模拟初步研究

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1、冷芯锭的凝固数值模拟初步研究冶金10-A5张雪健本论文论述了现今钢锭中难以消除的缺陷对钢锭整体性能的影响以及采取克服此问题的办法内置冷芯铸锭法。本文利用solidworks软件来建造冷芯锭模型，采用Anycasting凝固数值模拟软件对冷芯锭凝固过程进行数值模拟，预测了冷芯的合理形状及尺寸范围对凝固过程中钢锭的温度场的影响，并与普通钢锭进行了比较。初步模拟了内置的冷芯对钢锭的缩孔、疏松、偏析等缺陷产牛的位置和级别，阐明了冷芯锭相对于传统钢锭的凝固质量优势。结呆表明：合理设计冷芯的尺寸、形状及在钢锭中合理的位

2、置可以进一步优化钢锭的凝固质量，并消除相当一部分缺陷，提高了钢锭的成材率，为钢锭新产品的研制提供了良好的理论基础。关键词：铸造，凝固，数值模拟，冷芯，冷芯锭AbstractCastingprocesssimulationisthecurrentimportantresearchofmetallurgyprocesingfield.Itisbenefitformetallurgytechnicisttooptimizationtechnique,cutthecost,importthequalityofpro

3、ducts.SteelcastingwithcoldsteelbarwassimulatedwiththesoftwarecalledAnycastinginthisdissertation.Basedonthis,thesizeofthecoldsteelbarisimportantfortemperaturefieldandbenefitsforeliminationofthesteelcastingdefects.Theresultshowsthattherightsizeofthecoldsteel

4、barhelpstoimportthequalityofthesteelcasting，anditalsoprovidestheoreticalprincipleforthemetallurgytechniciststoproductthesteelcastingthatachieveinternationalstandard・KeyWords：casting,solidification,numericalsimulation,coldsteelbar,steelcastingwithcoldsteelb

5、ar摘要IIAbstractIll1•绪论61.1大型铸锻件的发展现状及现存问题61」」大型铸锻件的发展现状6L1.2大型铸锻件的现存问题71.2钢锭凝固过程中产生的缺陷81.2.1钢锭中的缺陷及产生原因，解决办法81.2.2钢锭屮难以消除的缺陷121.3课题的提出131.4课题研究内容131.5课题的研究方法142数值仿真研究152」模拟方案152.1.1数值仿真模拟中冷芯尺寸形状的确定152.1.2冷芯成分的选取182.3三维模型的建立与假设213.仿真结果与分析233」冷芯锭的充型凝固过程分析233.

6、1.1冷芯锭的充型过程分析233.1.2冷芯锭的凝固过程分析263.2由温度场分析冷芯锭的凝固过程293.3通过温度场确定冷芯重熔部分323.3.1确定所选冷芯材料的液相线温度323.3.2在钢锭温度场中选点确定冷芯重熔范围333.4用Niyama值判据來预测钢锭中缺陷产生位置363.4.1钢锭凝固过程的疏松判定依据363.4.2利用Niyama值对三组冷芯锭缺陷进行预测37结论44致谢46参考文献471•绪论1.1大型铸锻件的发展现状及现存问题1.1」大型铸锻件的发展现状铸锭过程是将熔化的金属（可以是钢，

7、铁，铝或其他的金属）倒入永久的或可以重复使用的铸模屮制造出来。凝固后，这些锭（或棒料，板坯或方坯，根据容器而定）被进一步机械加工成多种新的形状。而大型铸锻件制造业是一个非常特殊的行业，因为它既是我国经济建设、发展国民经济等的关键性行业，也是我国重型大型装备制造业的基础，更是我国国防建设所必需的行业；所以这是关系到国家安全和国家经济命脉不可或缺的战略性行业，也是国家能力的一个重耍组成部分；我们都知道大型铸锻件行业的发展水平是衡量国家综合国力的一个重要的标志⑴。大型铸锻件产品是关于屯力、冶金、石化、造船、铁路、

8、矿山、航空航天、军工、工程等行业的装备的基础部件，其经济带动性强，辐射作用大，影响深远,所以它是产业链上不可缺少的重要一环。大型铸锻件不仅在重型机械设备冇很大影响，而月•述在冶金业屮关键设备，兵器与航空航天工业，电力工业中的发电设备，化工、石油、舰船制造、机车车辆等装备中具冇广泛使用。大型铸锻件是重型大型装备典型的关键零部件，既可以独立作为各行业大型设备的备甜备件，例如轧钢机用热轧支承辘，冷轧工作辗,火力发电机组