嘴淋泵蜗壳体铸造工艺优化及铸件微观组织数值模拟研究

发布时间：2020-10-11 16:43

　　 喷淋泵蜗壳体是核电站关键核二级泵(安全壳喷淋泵)的重要组成零件之一,直接或间接地涉及到核安全。因此对该铸件提出更高的质量要求,不允许出现缩孔缩松等缺陷。铸件材料为国内牌号ZG06Cr13Ni4Mo钢,属于铸造低碳马氏体不锈钢,具有相变过程复杂的特点。另外,铸件形状结构复杂、尺寸较大、壁厚差不均匀,这些都会给铸件成形过程带来极大的困难,容易使铸件产生缺陷,降低铸件的质量,给企业带来经济损失。本课题的研究结合工厂实际生产需要,主要解决企业在实际生产时遇到产品有缩孔缩松缺陷的问题。论文中详细介绍了工厂的原工艺,并运用AnyCasting软件对原工艺进行数值模拟分析,预测铸件可能出现的缺陷,并与工厂试制情况对比分析,获得缺陷成因。提出工艺改进措施:铸件顶部明冒口改为保温发热冒口,铸件中间增设保温暗冒口;优化浇注系统,改进内浇道和横浇道的尺寸、数量和位置;铸件底部凸起处和中间大壁厚交接处增设外冷铁;利用正交试验设计优化浇注温度、浇注时间和砂型预热温度重要工艺参数,得到最优工艺参数组合;借助正交试验和JMatPro软件优化ZG06Cr13Ni4Mo钢材料化学成分。对工艺优化方案进行数值模拟分析和实际生产验证,试制的铸件质量能够满足客户的要求。采用CAFE法数值计算,研究了浇注温度对ZG06Cr13Ni4Mo钢微观组织形成的影响,得到其直接影响了形核速度和生长速度的结果。本课题成功地解决了企业实际生产喷淋泵蜗壳体铸件过程中存在缩孔缩松等缺陷的难题,帮助企业完成工艺优化,为以后生产同类铸件提供宝贵经验。初步进行了ZG06Cr13Ni4Mo钢微观组织数值模拟研究,为后续深入研究打下一定的理论基础。
【学位单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TM623.8;TG26
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 马氏体不锈钢
        1.1.1 马氏体不锈钢的发展历程
        1.1.2 铸造低碳马氏体不锈钢的研究现状及发展趋势
    1.2 砂型铸造技术简介
    1.3 本课题研究的主要内容
        1.3.1 课题简介
        1.3.2 研究目的及意义
        1.3.3 主要研究内容
        1.3.4 本课题拟解决的关键问题
    1.4 本章小结
第二章 数值算法及应用软件
    2.1 有限差分法
        2.1.1 差分原理
        2.1.2 逼近误差和差商精度
        2.1.3 差分方程的构造方法
    2.2 AnyCasting简介
        2.2.1 AnyCasting主要模块
        2.2.2 AnyCasting特点及适用范围
        2.2.3 铸钢件缩孔缩松预测
        2.2.4 AnyCasting模拟流程
    2.3 本章小结
第三章 喷淋泵蜗壳体铸件简介
    3.1 安全壳喷淋系统
    3.2 蜗壳体铸件
        3.2.1 简介
        3.2.2 材料性能
    3.3 铸件原工艺
        3.3.1 设计依据
        3.3.2 原工艺
    3.4 本章小结
第四章 喷淋泵蜗壳体铸件铸造过程数值模拟与分析
    4.1 前处理
        4.1.1 导入实体模型
        4.1.2 网格划分
        4.1.3 参数设置
    4.2 充型过程数值模拟与分析
    4.3 温度场的数值模拟与分析
    4.4 凝固过程数值模拟与分析
    4.5 本章小结
第五章 铸造工艺方案优化
    5.1 铸造工艺改进
        5.1.1 冒口改进
        5.1.2 浇注系统改进
        5.1.3 外冷铁改进
    5.2 铸造工艺参数优化
    5.3 铸件材料化学成分优化
    5.4 工艺方案优化后的数值模拟与分析
        5.4.1 前处理
        5.4.2 充型过程分析
        5.4.3 凝固过程分析
    5.5 实际生产验证
    5.6 本章小结
第六章 ZG06Cr13Ni4Mo钢微观组织数值模拟
    6.1 ZG06Cr13Ni4Mo钢相变过程分析
    6.2 CAFE数学物理模型
        6.2.1 宏观传热模型
        6.2.2 溶质扩散模型
        6.2.3 非均匀形核模型
        6.2.4 晶体生长模型
        6.2.5 CA与FE耦合计算
        6.2.6 CAFE模型计算方法
    6.3 CAFE模型参数计算
        6.3.1 材料热物性参数计算
        6.3.2 枝晶生长参数计算
    6.4 微观组织数值计算过程
    6.5 微观组织模拟结果
    6.6 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
致谢
参考文献
附录：在校期间发表的学术论文与研究成果

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本文编号：2836850