半连续铸造过程中温度场的计算机模拟及其在凝固组织预报中的应用研究

发布时间：2016-10-31 09:01

  本文关键词：连续铸造稳态温度场非物理边界条件的确定，，由笔耕文化传播整理发布。

《东北大学》 2009年

半连续铸造过程中温度场的计算机模拟及其在凝固组织预报中的应用研究

李璇  

【摘要】：铸造是材料制备与成形的关键环节,以实验研究为基础的新型材料的制备研发需要耗费大量的人力、物力和财力。随着计算机技术的发展,以计算机数值模拟为核心的数字化铸造已在铸件成形领域得到广泛的应用,通过对凝固过程温度场、应力场、微观组织等的数值模拟研究,实现了对铸造过程中的各种质量问题进行分析、优化及产品组织性能的预报和控制,有效的节省了资源。 本文以Mg-Al合金为研究对象,针对半连续铸造过程的特点,建立了铸造过程中的温度场模型,使用有限容积法对其进行数值求解,进而通过改变浇注温度、铸造速度和冷却强度等不同的工艺参数,分析了其对温度场分布的影响。通过对浇注温度882K、铸造速度1.0mm/s、冷却水强度1000W/(m2·K)条件下的模拟可以看到：铸锭中心的温度下降最慢,随着向边部靠近,温降越来越快。铸锭不同横截面上,距离入口越远处的横截面上,温度下降速度越快。提高浇注温度至927K或增大铸造速度至2.0mm/s后,同一横截面相同的位置上温度升高,且对铸锭心部温降的影响大于边部,从而使得温度场分布不均匀,液穴加深；增大冷却水强度,铸锭内部与边部的温降速度升高,在同一横截面相同的位置上温度就相对较低,其中边部受到的影响更大。当冷却水强度从1000W/(m2·K)继续增大到1500W/(m2·K)时,其对温度场的影响减弱。 铸造过程温度场直接影响着铸件的凝固组织,本文将温度场模拟结果应用于凝固组织预报,采用元胞自动机方法,对不同工艺条件下的凝固微观组织进行了模拟。铸造速度与冷却强度相同的情况下,在液相线之上较低的882K浇注时,铸件心部和边部组织差别较小,晶粒圆整性好；浇注温度与冷却水强度相同的情况下,铸造速度为1.0mm/s时,晶粒比较细小,心部与边部的晶粒尺寸差别也较小,当速度提高至2.0mm/s时,边部和心部组织中晶粒尺寸相差较大,晶粒圆整性也显著下降。浇注温度与铸造速度相同的情况下,冷却水强度从500W/(m2·K)提高至1200W/(m2·K)时,铸锭组织有明显的改善,继续提高至1500W/(m2·K)时,冷却水作用对温度场的改变不明显,铸锭组织变化不大。研究得出,Mg-9.0wt%Al合金在浇注温度882K、铸造速度1.0mm/s、冷却水强度1200W/(m2·K)的条件下获得的组织较好。本文研究表明：温度场是确定工艺参数和预测凝固组织的基础。准确模拟温度场对通过改变工艺参数来改善凝固微观组织,进而改善铸件质量有重要的意义。

【关键词】：
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG249.7
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨明波,潘复生,丁培道;铸件凝固组织模拟的研究进展[J];兵器材料科学与工程;2001年03期

2 许庆彦,柳百成;铸造合金凝固组织的计算机模拟与预测[J];稀有金属材料与工程;2003年06期

3 周志敏;路贵民;;连续铸造稳态温度场非物理边界条件的确定[J];东北大学学报(自然科学版);2008年08期

4 赖宏,刘天模;45钢零件淬火过程温度场的ansys模拟[J];重庆大学学报(自然科学版);2003年03期

5 郭靖原,洪泽恺,陈民,过增元;金属凝固与晶体生长过程的蒙特卡罗模拟[J];工程热物理学报;2001年06期

6 余亮,顾斌,李绍铭,何宜柱;枝晶生长的元胞自动机模拟[J];安徽工业大学学报;2002年01期

7 张新建,乐启炽,崔建忠;近液相线半连续铸造AZ91D镁合金微观组织研究[J];材料与冶金学报;2002年03期

8 陈军,王文海,孙国雄,潘冶;凝固显微组织数值模拟研究的进展[J];钢铁研究学报;2001年03期

9 曾卫建,赵国平,蒋宗宇;国内外铸件微观组织数值模拟研究概况[J];江苏理工大学学报(自然科学版);1999年03期

10 金俊泽,王宗廷,郑贤淑,姚山;金属凝固组织形成的仿真研究[J];金属学报;1998年09期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 王同敏;金属凝固过程微观模拟研究[D];大连理工大学;2000年

2 丁恒敏;铸造合金的微观组织模拟[D];华中科技大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 郭庆;铸件凝固过程的温度场模拟及缩孔、变形和热裂缺陷预测[D];河北工业大学;2002年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 金光;宋兴旺;王华;;高温烟气中水滴非等温蒸发的数值模拟研究[J];四川有色金属;2011年01期

2 许建柳;;复合墙体室内温度响应研究[J];四川建筑科学研究;2010年03期

3 王晓璐;黄大宇;;节能多孔砖墙体热工性能的数值计算及应用分析[J];四川建筑科学研究;2010年04期

4 周传辉;吴银光;陈华良;;双层皮玻璃幕墙风口的确定[J];四川建筑科学研究;2011年02期

5 陈威;张爱国;刘倩;戴青;;含湿多孔介质应用于建筑墙体的制冷性能分析[J];四川建筑科学研究;2011年06期

6 鲁嘉华;张志英;;地铁岛式站台火灾环境监测与控制[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年01期

7 马淼;田懋;景何仿;李春光;;天然河道数值模拟中网格生成中插值方法的研究及应用[J];安徽农业科学;2011年28期

8 金玲;刘妍华;;CFD在温室室内环境研究中的应用[J];安徽农业科学;2012年07期

9 张建;王皖;王新华;;反向凝固08Al/15F复合钢带凝固传热过程的有限元分析[J];安徽冶金;2001年01期

10 秦玲玲;陈玉宝;尹国才;;马钢圆坯结晶器水口改型流场和温度场的数值模拟[J];安徽冶金;2008年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王利希;周健;Jimmy Tsang;潘乐燕;;汽车空调风道设计及验收方法[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程（CAE）技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年

2 毛萍莉;刘正;贾莹莹;李扬;;镁合金汽车转向器壳体压铸过程优化模拟[A];创新沈阳文集（A）[C];2009年

3 玄伟东;任忠鸣;任维丽;余建波;陈超;;籽晶取向对镍基高温合金定向凝固过程中杂晶的影响[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年

4 刘源;刘润发;张华伟;李言祥;;金属-气体共晶定向凝固(Gasar)过程的模拟仿真[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年

5 栾卫涛;李永安;;空气-空气能量回收装置阻力性能的数值模拟研究[A];2011年全国冷冻冷藏行业与山东制冷空调行业年会暨绿色低碳新技术研讨会论文集[C];2011年

6 蔡明庆;刘学来;李永安;;直埋供热管道固定墩热桥能耗分析及节能措施[A];2011年全国冷冻冷藏行业与山东制冷空调行业年会暨绿色低碳新技术研讨会论文集[C];2011年

7 王沣浩;颜亮;冯琛琛;王新轲;;地源热泵岩土热响应测试影响因素分析[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年

8 陈爱强;杨昭;尹海蛟;张娜;;长圆柱形果蔬冷激处理过程传热特性分析[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年

9 崔帅;吴学红;苟秋平;吕彦力;朱兴旺;;球突翅片的传热与流动特性及等效热阻数值分析[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年

10 苟秋平;吴学红;吕彦力;朱兴旺;;半球突开缝翅片的优化设计及性能评价[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 穆勇;燃气轮机双燃料燃烧室流场及污染排放数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 王革;有壁面质量注入通道流体动力学典型问题分析[D];哈尔滨工程大学;2009年

4 王忠义;船用燃气轮机排气引射装置性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

5 付强;1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究[D];江苏大学;2010年

6 左远志;熔融盐高温斜温层混合蓄热的热过程特性[D];华南理工大学;2010年

7 杨建国;电站锅炉煤粉空气富氧直接点火技术的理论及应用研究[D];浙江大学;2010年

8 胡军强;气动—柴油混合动力发动机工作过程研究[D];浙江大学;2009年

9 霍玉双;基于力平衡条件下等离子弧焊小孔形状分析[D];山东大学;2010年

10 金玉珍;激励喷嘴作用下纱线—气流场特性研究[D];浙江大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张锦志;耐磨铝青铜集电靴组织性能研究及金属型模具设计[D];河南理工大学;2010年

2 孙瑞霞;奥氏体—铁素体相变的计算机模拟[D];河南理工大学;2010年

3 冯媛媛;热处理零件组织性能分布的计算机预测及其结构设计[D];山东农业大学;2010年

4 罗富强;扁管管壳式换热器数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

5 刘广山;流量周期性变化流场数值分析[D];哈尔滨工程大学;2010年

6 丁铜伟;强内热源多孔介质条通道流动换热实验技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

7 张哲衡;高能燃料燃烧流场的数值模拟与结构设计[D];哈尔滨工程大学;2010年

8 杨文强;孔群喷注噪声理论与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

9 杨洪磊;双燃料喷嘴设计与燃烧流场数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2010年

10 吴曙亮;横向来流对等离子点火器点火区域的影响[D];哈尔滨工程大学;2010年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨明波,潘复生,丁培道;铸件凝固组织模拟的研究进展[J];兵器材料科学与工程;2001年03期

2 唐靖林,曾大本;半固态加工技术的发展和应用现状[J];兵器材料科学与工程;1998年03期

3 马仙;淬火过程数值模拟研究进展[J];兵器材料科学与工程;1999年04期

4 刘国权;纯铁晶粒拓扑构形的定量研究[J];北京钢铁学院学报;1987年01期

5 王平;康皓;路贵民;崔建忠;;ZL201合金液相线铸造组织与成形性能[J];材料科学与工程学报;2006年02期

6 许庆彦,柳百成;铸造合金凝固组织的计算机模拟与预测[J];稀有金属材料与工程;2003年06期

7 金俊泽,张永安,曹志强;电磁搅拌自生表面复合材料的组织与性能[J];材料研究学报;1998年04期

8 陈卫德，郑贤淑，金俊泽;糊状区固相内溶质任何程度扩散的传输模型[J];材料研究学报;1996年05期

9 路贵民;赵大志;王平;崔建忠;;A356铝合金半固态成形的数值模拟[J];东北大学学报(自然科学版);2007年03期

10 刘丹,崔建忠,夏克农;液相线铸造铝合金2618显微组织[J];东北大学学报;1999年02期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 王同敏;金属凝固过程微观模拟研究[D];大连理工大学;2000年

2 龙文元;铝合金凝固过程枝晶生长的相场法数值模拟[D];华中科技大学;2004年

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 阎志明;刘辉;李廷举;张小青;曹志强;张小立;;交变磁场及铸造参数对铜管坯凝固组织和性能影响[J];特种铸造及有色合金;2008年S1期

2 张艳华;周志敏;;铸造速度对Al-Cu合金半固态组织影响的多尺度模拟[J];科学技术与工程;2011年07期

3 梁高飞;方园;;双辊薄带连铸过程与凝固组织多场耦合数学模型[J];铸造技术;2006年01期

4 阎志明;李新涛;罗大伟;刘吉东;张红亮;曹志强;李廷举;;水平连铸BFe10-1-1铜合金坯[J];特种铸造及有色合金;2009年02期

5 杨明波 ,潘复生 ,丁培道;浇注温度对双辊薄带凝固组织影响的模拟预测[J];特种铸造及有色合金;2004年05期

6 訾炳涛,刘文今,姚可夫,崔建忠;电磁场在材料凝固过程中的应用[J];天津冶金;2002年05期

7 李晨希;李革;李淑梅;;挤压铸造大高径比杯形铸件组织[J];铸造技术;2007年04期

8 王建军;周俐;金友林;李强;常立忠;;脉冲电流对钢凝固组织的影响[J];钢铁研究学报;2007年05期

9 黄立国;付大军;高志玉;;电磁振荡对Al-Si过共晶合金凝固组织的影响[J];热加工工艺;2009年11期

10 杨华珠;朱定一;叶鑫;张文杰;;Ni、Cr对Fe-Ni-Mn-C-Si系合金组织和摩擦磨损性能的影响[J];热加工工艺;2009年12期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 焦莎;张军;王常帅;王海峰;苏海军;刘林;傅恒志;;一种镍基高温合金凝固特性及凝固组织的热历史相关性[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

2 施晓芳;成国光;赵沛;;钛改善430铁素体不锈钢凝固组织的研究[A];2010年全国冶金物理化学学术会议专辑(上册)[C];2010年

3 卢斌;易丹青;袁武华;刘沙;王建华;陈响敏;;多层喷射沉积AlFeVSi合金凝固组织[A];2000年材料科学与工程新进展（下）——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年

4 张志强;乐启炽;崔建忠;;芯部导入磁致振动对镁合金凝固组织的影响[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

5 石向东;薛庆国;王静松;苍大强;王立平;张立强;;电脉冲作用下共晶铝硅合金凝固组织的变化[A];2004年全国冶金物理化学学术会议专辑[C];2004年

6 刘榆;龙思远;张小红;曾聪;;AZ61镁合金的差热分析及凝固组织观察[A];2012(第22届)重庆市铸造年会论文集[C];2012年

7 金培洪;刘斌;;吹氩搅拌及低过热度浇铸改善钢的凝固组织[A];1997中国钢铁年会论文集（下）[C];1997年

8 殷凤仕;郑启;孙晓峰;张承忠;姚治铭;管恒荣;胡壮麒;;熔体高温处理对M963合金凝固组织的影响[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年

9 殷凤仕;郑启;孙晓峰;张承忠;姚治铭;管恒荣;胡壮麒;;熔体高温处理对M963合金凝固组织的影响[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年

10 李仁兴;范金辉;陈宇;侯旭;翟启杰;;不同电压脉冲电流对奥氏体不锈钢凝固组织的影响[A];中国金属学会2003中国钢铁年会论文集（3）[C];2003年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 晨;[N];世界金属导报;2005年

2 记者陈岩;[N];中国有色金属报;2009年

3 宋宝来 周军;[N];世界金属导报;2007年

4 Lw;[N];中国有色金属报;2007年

5 王祝堂;[N];中国有色金属报;2005年

6 苏子旭 宋寿彬 薛建生;[N];大同日报;2007年

7 记者 黄苗荣;[N];中国有色金属报;2005年

8 杨雄飞;[N];世界金属导报;2007年

9 毛宏观;[N];世界金属导报;2007年

10 白玉龙　马静波;[N];大同日报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 娄长胜;强磁场下合金熔体中颗粒运动行为控制及其对凝固组织演化的影响[D];东北大学;2010年

2 王超;409L铁素体不锈钢凝固组织的细晶均匀化及其机制研究[D];上海交通大学;2011年

3 阎志明;铜及铜合金管坯水平电磁连续铸造技术研究[D];大连理工大学;2009年

4 王向杰;铝合金低频电磁铸造过程中的热量传输[D];东北大学;2009年

5 杨明波;双辊薄带凝固组织的数值模拟和参数表征[D];重庆大学;2001年

6 张勤;低频电磁半连续铸造铝合金工艺及理论研究[D];东北大学;2003年

7 刘剑;Co基铁磁形状记忆合金的凝固控制和固态相变特征[D];上海交通大学;2006年

8 张明;脉冲电流处理铁基合金的凝固组织特性研究[D];燕山大学;2006年

9 龚永勇;脉冲磁致振荡凝固细晶技术基础研究[D];上海大学;2008年

10 陈杰;Cu-Sn/Sb及Pb-Bi/Sb合金熔体结构转变的可逆性及其对凝固的影响[D];合肥工业大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李璇;半连续铸造过程中温度场的计算机模拟及其在凝固组织预报中的应用研究[D];东北大学;2009年

2 徐宏玉;方波脉冲电流对Al-Cu合金凝固组织的影响[D];兰州理工大学;2008年

3 任向飞;高密度脉冲电流对高锰钢凝固组织及耐磨性能的影响[D];燕山大学;2005年

4 马龙;方波脉冲电流对Al-Si及Al-Cu合金凝固组织的影响[D];兰州理工大学;2009年

5 杨效田;电磁物理场对Al-5wt%Cu合金凝固过程和凝固组织的影响[D];兰州理工大学;2005年

6 赵峰;高铬铸铁凝固过程中碳化物形成机制及形态特征研究[D];西安建筑科技大学;2007年

7 李杰;连铸坯凝固组织的模拟[D];东北大学;2010年

8 王成全;不锈钢亚快速凝固组织转变及控制研究[D];大连理工大学;2005年

9 康彦;固态二次加热制备半固态镁合金浆料辅助搅拌及其凝固组织研究[D];西安理工大学;2006年

10 茆亮;Ru对单晶高温合金微观组织和力学性能的影响[D];沈阳工业大学;2010年

  本文关键词：连续铸造稳态温度场非物理边界条件的确定，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：159596