碳和硅对球墨铸铁流动性和凝固组织影响的数值模拟研究

发布时间：2022-12-07 04:35

　　球墨铸铁广泛应用于汽车铸件的生产中,现今铸件力学性能普遍达标的情况下,表面质量的高要求对检测并提高球墨铸铁的铸造性能提出了新的挑战。传统的流动性实验因其参数控制难度高导致实验结果的精确度与复现性较差,且传统实验的周期较长,成本较高。因此,工业生产中亟需采用数值模拟的方法检测并定量评价球墨铸铁的流动性与凝固组织。以往的球墨铸铁充型过程的数值模拟研究多集中在铁液完全充型的条件下,鲜有关于不完全充型的流动性模拟的研究报道。在凝固过程的数值模拟方面,研究多集中在元胞自动机编程领域。这种方式对奥氏体与石墨进行独立建模处理,在枝晶生长形态上可以获得较高的精确度,但是仅限于微观状态下的模拟,难以和宏观流动场进行耦合,进而难以在同一组参数下同时获得流动性与凝固组织的模拟结果。本文针对上述问题,建立了新的球墨铸铁流动性与凝固组织的参数系统。计算了特定组分下不同碳硅浓度的亚共晶球铁的热物性参数,设定并优化了晶粒生长模拟所需的面形核参数与体形核参数。通过Procast软件的重力浇注模块与CAFE模块对铁液的宏观流动与微观晶粒生长进行了耦合,模拟分析了不同的碳、硅浓度对亚共晶球墨铸铁流动场与温度场的影响,进而... 

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 球墨铸铁流动性及凝固特性概述
        1.2.1 影响金属液流动性的因素
        1.2.2 金属液停止流动理论与研究进展
        1.2.3 球墨铸铁凝固过程研究进展
    1.3 铸造过程数值模拟基础理论
        1.3.1 充型过程模拟理论及数学模型
        1.3.2 凝固过程模拟理论及数学模型
        1.3.3 微观组织模拟理论及数学模型
    1.4 本文研究内容
第2章 球墨铸铁流动性及凝固组织的模拟建模与试验
    2.1 实验方案
    2.2 流动性实验
        2.2.1 实验原材料
        2.2.2 试样分析测试方法
    2.3 模拟过程参数设置
        2.3.1 计算模型建立及网格划分
        2.3.2 材料参数设置与热物性计算
        2.3.3 流动场参数选取
        2.3.4 初始条件与边界条件设置
        2.3.5 晶体形核与生长参数设置
    2.4 小结
第3章 碳元素对球墨铸铁流动性和凝固组织影响的模拟研究
    3.1 合金元素选择及成分设计
    3.2 不同碳浓度螺旋试样模拟结果分析
        3.2.1 碳浓度对螺旋试样流长的影响
        3.2.2 碳浓度对晶粒平均尺寸的影响
    3.3 球墨铸铁流动性模拟的流动场与温度场分析
        3.3.1 不同碳浓度螺旋试样流动场分析
        3.3.2 不同碳浓度螺旋试样温度场分析
    3.4 球墨铸铁凝固特性分析
        3.4.1 碳对铁液液固温区与过热度的影响
        3.4.2 碳对晶粒形核与生长的影响
        3.4.3 碳对铁液流股末端固相率的影响
        3.4.4 碳对铁液热焓的影响
    3.5 流动性实验验证结果
        3.5.1 碳浓度对螺旋试样流长的影响
        3.5.2 碳浓度对晶粒平均尺寸的影响
    3.6 增碳影响球墨铸铁流动性和凝固组织的机理分析
    3.7 小结
第4章 硅元素对球墨铸铁凝固组织和流动性影响的模拟研究
    4.1 合金元素选择及成分设计
    4.2 不同硅浓度螺旋试样模拟结果分析
        4.2.1 硅浓度对螺旋试样流长的影响
        4.2.2 硅浓度对晶粒平均尺寸的影响
    4.3 球墨铸铁流动性模拟流动场与温度场分析
        4.3.1 不同硅浓度螺旋试样流动场分析
        4.3.2 不同硅浓度螺旋试样温度场分析
    4.4 球墨铸铁凝固特性分析
        4.4.1 硅对铁液液固温区与过热度的影响
        4.4.2 硅对晶粒形核与生长的影响
        4.4.3 硅对铁液流股末端固相率的影响
        4.4.4 硅对铁液热焓的影响
    4.5 流动性实验验证结果
        4.5.1 硅浓度对螺旋试样流长的影响
        4.5.2 硅浓度对晶粒平均尺寸的影响
    4.6 增硅影响球墨铸铁流动性和凝固组织的机理分析
    4.7 小结
第5章 结论
参考文献
作者简介及科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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[2]高强度高伸长率球墨铸铁材质（QT700-10）研究[D]. 国林钊.山东大学 2015
[3]高韧性球墨铸铁冷却壁的组织性能研究及凝固模拟试验[D]. 张晓敏.郑州大学 2010
[4]机车摇枕铸件工艺的数值模拟[D]. 许鹏飞.重庆大学 2009



本文编号：3712244