InconelX-750合金大型电渣锭重熔过程的模拟
发布时间：2021-09-28 15:11
利用MeltFlow模拟软件对大型InconelX-750合金电渣锭铸态组织的一次、二次枝晶间距进行模拟计算,并对实际生产的电渣锭取样进行显微组织观察。模拟计算结果表明:不同合金元素对冷却速率和局部凝固时间的变化敏感程度不同,但是在整个电渣锭范围内分布均匀,无明显宏观偏析;由电渣锭头部向尾部、中心位置到边缘,一次、二次枝晶间距逐渐减小,在相同位置,电渣锭头部的枝晶间距大于尾部。实验结果表明:电渣锭由中心位置到边缘,随着凝固过程中过冷度的增加,枝晶组织尺寸和枝晶端部曲率半径逐渐减小,且中心位置的一次枝晶间距大约是边缘位置的1.9～2.4倍,中心位置二次枝晶间距大约是边缘位置的1.4～1.6倍。相同位置,电渣锭头部的枝晶组织尺寸和枝晶间距大于尾部;电渣锭头部试样枝晶间析出大量针状相,而尾部仅有少量的块状相弥散析出;枝晶间距模拟计算结果和实验测量结果基本一致,可以利用该模拟软件对电渣锭凝固之后的枝晶间距进行预测。
【文章来源】：材料热处理学报. 2020,41(10)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
模拟计算范围[8]
图2(a)、2(b)分别为模拟合金电渣锭凝固过程中的局部凝固时间、冷却速率在电渣锭中的分布。可以看出,越靠近电渣锭中心轴线的位置,凝固过程中的局部凝固时间越长、冷却速率越慢;在收缩区域,由于渣层的存在,从而起到一定保温作用,很大程度上降低该位置上凝固过程中的热损失,从而使得此处局部凝固时间最长、冷却速率最低;在与结晶器壁接触的位置上,由于液态金属与冷却水进行换热以及与外部环境热辐射交换热量,从而在这些位置局部凝固时间最短、冷却速率最快。图3为利用MeltFlow电渣重熔模拟软件计算得到的Al、Ti、Nb、Cr 4种合金元素在整个InconelX-750合金铸锭中的分布。可见,Al、Nb元素在铸锭中部含量较高,头部、尾部含量较低,但是中部与两端的含量相差大约0.02%～0.08%,整体含量分布较为均匀;Ti元素在铸锭内的分布大致呈“U”型,由头部向尾部、电渣锭中心轴线位置向边缘位置,随着冷却速度增加、局部凝固时间的减小,含量逐渐减小,相差大约0.2%～0.4%;Cr元素分布与Ti相似,但是由头部向尾部含量逐渐增大,电渣锭中心轴线位置向边缘位置含量逐渐增大,含量相差0.1%～0.5%左右,总体上分布较为均匀;而在铸锭头部收缩区域,由于此处靠近电极和渣层,冷却条件差,热交换效率很低,局部凝固时间长,导致合金元素发生烧损或者偏聚,使得此处的合金元素含量和整体含量相差较大,Al、Nb收缩区域的烧损和偏聚程度小,元素分布对冷却速率和局部凝固时间变化不敏感,而Ti、Cr元素对冷却速率和局部凝固时间变化较为敏感,Ti在收缩区域发生一定偏聚,Cr在收缩区域发生一定烧损。但是总体上,这4种主要合金元素在整个电渣锭的分布均匀,不存在明显的宏观偏析。
图3为利用MeltFlow电渣重熔模拟软件计算得到的Al、Ti、Nb、Cr 4种合金元素在整个InconelX-750合金铸锭中的分布。可见,Al、Nb元素在铸锭中部含量较高,头部、尾部含量较低,但是中部与两端的含量相差大约0.02%～0.08%,整体含量分布较为均匀;Ti元素在铸锭内的分布大致呈“U”型,由头部向尾部、电渣锭中心轴线位置向边缘位置,随着冷却速度增加、局部凝固时间的减小,含量逐渐减小,相差大约0.2%～0.4%;Cr元素分布与Ti相似,但是由头部向尾部含量逐渐增大,电渣锭中心轴线位置向边缘位置含量逐渐增大,含量相差0.1%～0.5%左右,总体上分布较为均匀;而在铸锭头部收缩区域,由于此处靠近电极和渣层,冷却条件差,热交换效率很低,局部凝固时间长,导致合金元素发生烧损或者偏聚,使得此处的合金元素含量和整体含量相差较大,Al、Nb收缩区域的烧损和偏聚程度小,元素分布对冷却速率和局部凝固时间变化不敏感,而Ti、Cr元素对冷却速率和局部凝固时间变化较为敏感,Ti在收缩区域发生一定偏聚,Cr在收缩区域发生一定烧损。但是总体上,这4种主要合金元素在整个电渣锭的分布均匀,不存在明显的宏观偏析。图4 模拟软件计算得到的InconelX-750合金铸锭的枝晶间距分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]电渣重熔过程流场和温度场的数值模拟[J]. 韩丽辉,于春梅,曲明磊. 实验室研究与探索. 2018(01)
[2]工业规模电渣重熔过程电磁场的数值模拟[J]. 余嘉,刘福斌,姜周华,陈奎. 东北大学学报(自然科学版). 2017(05)
[3]浇注温度对GH625合金铸态显微组织的影响[J]. 王浩宇,董建新,张麦仓,郑磊,姚志浩,章清泉. 工程科学学报. 2015(11)
[4]渣高对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数影响的数值模拟研究[J]. 梁强,陈希春,郭汉杰. 铸造技术. 2014(01)
[5]熔速对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数影响的数值模拟研究[J]. 梁强,陈希春,郭汉杰. 铸造技术. 2013(08)
[6]电流对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数影响的数值模拟研究[J]. 梁强,陈希春,任昊,王飞,郭汉杰. 航空材料学报. 2012(03)
[7]电源频率对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数的影响[J]. 梁强,陈希春,任昊,史成斌,郭汉杰. 特种铸造及有色合金. 2012(04)
[8]电流对GH4169合金电渣重熔过程影响的数值模拟研究[J]. 梁强,陈希春,付锐,任昊,郭汉杰. 铸造技术. 2011(09)
[9]电渣重熔过程模拟软件Meltflow-ESR理论基础简介及其应用[J]. 梁强,陈希春,付锐,任昊,郭汉杰. 材料与冶金学报. 2011(S1)
硕士论文
[1]电渣重熔过程中夹杂物运动行为以及电极氧化的数值模拟[D]. 汪瑞婷.武汉科技大学 2018
本文编号：3412146
【文章来源】：材料热处理学报. 2020,41(10)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
模拟计算范围[8]
图2(a)、2(b)分别为模拟合金电渣锭凝固过程中的局部凝固时间、冷却速率在电渣锭中的分布。可以看出,越靠近电渣锭中心轴线的位置,凝固过程中的局部凝固时间越长、冷却速率越慢;在收缩区域,由于渣层的存在,从而起到一定保温作用,很大程度上降低该位置上凝固过程中的热损失,从而使得此处局部凝固时间最长、冷却速率最低;在与结晶器壁接触的位置上,由于液态金属与冷却水进行换热以及与外部环境热辐射交换热量,从而在这些位置局部凝固时间最短、冷却速率最快。图3为利用MeltFlow电渣重熔模拟软件计算得到的Al、Ti、Nb、Cr 4种合金元素在整个InconelX-750合金铸锭中的分布。可见,Al、Nb元素在铸锭中部含量较高,头部、尾部含量较低,但是中部与两端的含量相差大约0.02%～0.08%,整体含量分布较为均匀;Ti元素在铸锭内的分布大致呈“U”型,由头部向尾部、电渣锭中心轴线位置向边缘位置,随着冷却速度增加、局部凝固时间的减小,含量逐渐减小,相差大约0.2%～0.4%;Cr元素分布与Ti相似,但是由头部向尾部含量逐渐增大,电渣锭中心轴线位置向边缘位置含量逐渐增大,含量相差0.1%～0.5%左右,总体上分布较为均匀;而在铸锭头部收缩区域,由于此处靠近电极和渣层,冷却条件差,热交换效率很低,局部凝固时间长,导致合金元素发生烧损或者偏聚,使得此处的合金元素含量和整体含量相差较大,Al、Nb收缩区域的烧损和偏聚程度小,元素分布对冷却速率和局部凝固时间变化不敏感,而Ti、Cr元素对冷却速率和局部凝固时间变化较为敏感,Ti在收缩区域发生一定偏聚,Cr在收缩区域发生一定烧损。但是总体上,这4种主要合金元素在整个电渣锭的分布均匀,不存在明显的宏观偏析。
图3为利用MeltFlow电渣重熔模拟软件计算得到的Al、Ti、Nb、Cr 4种合金元素在整个InconelX-750合金铸锭中的分布。可见,Al、Nb元素在铸锭中部含量较高,头部、尾部含量较低,但是中部与两端的含量相差大约0.02%～0.08%,整体含量分布较为均匀;Ti元素在铸锭内的分布大致呈“U”型,由头部向尾部、电渣锭中心轴线位置向边缘位置,随着冷却速度增加、局部凝固时间的减小,含量逐渐减小,相差大约0.2%～0.4%;Cr元素分布与Ti相似,但是由头部向尾部含量逐渐增大,电渣锭中心轴线位置向边缘位置含量逐渐增大,含量相差0.1%～0.5%左右,总体上分布较为均匀;而在铸锭头部收缩区域,由于此处靠近电极和渣层,冷却条件差,热交换效率很低,局部凝固时间长,导致合金元素发生烧损或者偏聚,使得此处的合金元素含量和整体含量相差较大,Al、Nb收缩区域的烧损和偏聚程度小,元素分布对冷却速率和局部凝固时间变化不敏感,而Ti、Cr元素对冷却速率和局部凝固时间变化较为敏感,Ti在收缩区域发生一定偏聚,Cr在收缩区域发生一定烧损。但是总体上,这4种主要合金元素在整个电渣锭的分布均匀,不存在明显的宏观偏析。图4 模拟软件计算得到的InconelX-750合金铸锭的枝晶间距分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]电渣重熔过程流场和温度场的数值模拟[J]. 韩丽辉,于春梅,曲明磊. 实验室研究与探索. 2018(01)
[2]工业规模电渣重熔过程电磁场的数值模拟[J]. 余嘉,刘福斌,姜周华,陈奎. 东北大学学报(自然科学版). 2017(05)
[3]浇注温度对GH625合金铸态显微组织的影响[J]. 王浩宇,董建新,张麦仓,郑磊,姚志浩,章清泉. 工程科学学报. 2015(11)
[4]渣高对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数影响的数值模拟研究[J]. 梁强,陈希春,郭汉杰. 铸造技术. 2014(01)
[5]熔速对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数影响的数值模拟研究[J]. 梁强,陈希春,郭汉杰. 铸造技术. 2013(08)
[6]电流对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数影响的数值模拟研究[J]. 梁强,陈希春,任昊,王飞,郭汉杰. 航空材料学报. 2012(03)
[7]电源频率对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数的影响[J]. 梁强,陈希春,任昊,史成斌,郭汉杰. 特种铸造及有色合金. 2012(04)
[8]电流对GH4169合金电渣重熔过程影响的数值模拟研究[J]. 梁强,陈希春,付锐,任昊,郭汉杰. 铸造技术. 2011(09)
[9]电渣重熔过程模拟软件Meltflow-ESR理论基础简介及其应用[J]. 梁强,陈希春,付锐,任昊,郭汉杰. 材料与冶金学报. 2011(S1)
硕士论文
[1]电渣重熔过程中夹杂物运动行为以及电极氧化的数值模拟[D]. 汪瑞婷.武汉科技大学 2018
本文编号：3412146
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/3412146.html
