91精品人妻互换日韩精品久久影视|又粗又大的网站激情文学制服91|亚州A∨无码片中文字慕鲁丝片区|jizz中国无码91麻豆精品福利|午夜成人AA婷婷五月天精品|素人AV在线国产高清不卡片|尤物精品视频影院91日韩|亚洲精品18国产精品闷骚

張雪健  彭興東  李靜  許長(zhǎng)軍  胡林

 （遼寧科技大學(xué)冶金工程技術(shù)中心）

摘要  闡述了39～45 t錠重兼容式錠型的設(shè)計(jì)思想，利用AnyCasting軟件對(duì)其凝固過(guò)程及凝固質(zhì)量進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。主要分析了搭配錠模墊圈致使錠型參數(shù)變化對(duì)鋼錠凝固過(guò)程中溫度場(chǎng)分布和凝固缺陷的影響。結(jié)果表明，39～45 t錠重兼容式錠型允許的錠型參數(shù)變化不會(huì)明顯改變鋼錠凝固質(zhì)量，其冒容比(14.52%)維持不變、細(xì)長(zhǎng)比由1. 437增至1.737、錐度由4.89%降低至4.01%，不會(huì)改變鋼錠的凝固順序。錠重的變化對(duì)鋼錠中的C元素偏析分布的作用不明顯；同時(shí)，隨著錠重的增加，一次縮孔深度縮短，而縮松缺陷仍存在且位置下移。

關(guān)鍵詞  錠重兼容；數(shù)值模擬；錠型參數(shù)；凝固質(zhì)量

 鋼錠是大型鑄鍛件的主要原材料，其產(chǎn)品是國(guó)防軍工、石油化工、電力、核能、冶金、造船、鐵路等工程裝備的基礎(chǔ)部件，也是工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上不可或缺的原材料。不同行業(yè)對(duì)鋼錠質(zhì)量需求的多樣性致使鋼錠企業(yè)面臨著鋼錠生產(chǎn)覆蓋錠重范圍較大且分布離散、管理程序繁雜等問(wèn)題。因此，一模多鑄或錠重兼容式錠型設(shè)計(jì)就十分必要。

 為了實(shí)現(xiàn)鋼錠模兼容錠重、提高其生產(chǎn)靈活性，以降低模具制造成本和管理難度，目前，兼容錠重主要通過(guò)調(diào)整錠模絕熱板的嵌入深度和澆高來(lái)實(shí)現(xiàn)。本課題以大型真空澆注十二角錠為研究對(duì)象，簡(jiǎn)述了39～45 t錠重兼容式錠型設(shè)計(jì)思想，并利用AnyCasting軟件對(duì)錠重兼容式錠型鑄錠過(guò)程及其凝固品質(zhì)進(jìn)行了模擬研究。

1  錠重兼容式錠型設(shè)計(jì)思想

錠重兼容就是錠模必須具備一模多鑄的特征。以39～45 t模具鋼錠模為例，圖1是其錠重兼容式大型鋼錠模結(jié)構(gòu)示意圖。該錠重兼容式鋼錠模主體結(jié)構(gòu)由冒口、固定模身、模底及不同配重墊圈組成，其錠型設(shè)計(jì)主要參數(shù)見(jiàn)表1，錠模不搭配墊圈時(shí)可澆注39 t鋼錠，鋼錠高度為2 310 mm，本體細(xì)長(zhǎng)比為1.437，錐度為4. 89%，冒容比為14. 52%。工裝時(shí)通過(guò)將冒口、模身和模底分別與1、2、3（或1+2）、1+3、2+3、1+2+3(t) 墊圈進(jìn)行搭配組合，來(lái)分別澆注40、41、42、43、44和45t鋼錠，澆注時(shí)通過(guò)冒口內(nèi)不同澆高線維持冒容比為14. 52%不變，以確保鋼錠凝固質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)錠重兼容、一模多鑄。

2  計(jì)算方法

 首先利用三維CAD軟件建立錠重兼容式鋼錠模及鋼錠實(shí)體模型，通過(guò)AnyCasting軟件依次進(jìn)行網(wǎng)格劃分、初始條件和邊界條件設(shè)置等前處理、模擬計(jì)算和后處理等計(jì)算工作。計(jì)算過(guò)程選用模型及控制方程詳見(jiàn)文獻(xiàn)[4～6]。鋼錠材質(zhì)為42CrM04鋼，錠模材質(zhì)為HT200，錠模初始溫度為80℃，導(dǎo)熱系數(shù)設(shè)定依據(jù)試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果而定，具體為冒口絕熱板導(dǎo)熱系數(shù)設(shè)定為0. 12 W．m-1．K-1，絕熱板與鋼錠間的傳熱系數(shù)為18 W. m-2．K-l，模錠間傳熱系數(shù)隨溫度變化而改變，其平均值為1 200 W．m-2．K-l。計(jì)算過(guò)程考慮了澆注充型過(guò)程，澆注速度隨澆注位置而變化，澆注28min，澆注過(guò)熱度為55℃，充型結(jié)束立刻添加發(fā)熱劑和覆蓋劑。

3  模擬結(jié)果與分析

3.1  凝固過(guò)程

選取39、42、45 t三個(gè)典型錠重的鋼錠進(jìn)行結(jié)果分析，圖2分別對(duì)應(yīng)鋼錠固相率(K)為15%、55%和95%�？梢钥闯�，3種鋼錠的凝固順序大致相同：軸向上，凝固進(jìn)程由鋼錠底部向鋼錠冒口處沿軸向推進(jìn)；徑向上，凝固由鋼錠模壁處向鋼錠的中心沿徑向逐步進(jìn)行；而鋼錠上口處為最后凝固區(qū)。由于所用鋼錠模錐度均在4. 0%以上，導(dǎo)致其靠近冒口位置的鋼水由于遠(yuǎn)離邊界，且鋼水在凝固時(shí)又釋放出潛熱，故此處散熱速度小，冷卻速度下降得較為平緩；且隨著鋼錠模錐度的減小（由4. 89%減小至4.01%）和錠模本體高度的增大(由2 310 mm增加至2 780 mm)，靠近錠模處的鋼水散熱速度加快，凝固糊狀區(qū)逐漸變窄，凝固進(jìn)程較快；同時(shí)鋼錠高度的變化會(huì)引起鋼錠溫度場(chǎng)發(fā)生變化。由圖2可見(jiàn)，在鋼錠凝固末期，由于所澆注鋼錠錠重的增加，為了維持冒容比，其澆高逐漸增大，鋼錠最后凝固區(qū)域隨著鋼錠本體高度的增大而趨向于細(xì)長(zhǎng)化。42、45 t鋼錠的最后凝固區(qū)域較39 t鋼錠分別增加了100～180 mm，同時(shí)整體凝固時(shí)間分別增加了1 493.6 s、2 137.6 s。

3.2 C元素宏觀偏析結(jié)果分析

選取固相率(K)為25%、65%和100%的3個(gè)時(shí)刻研究C元素宏觀偏析結(jié)果。C含量為0.38%～0. 45%，見(jiàn)圖3�？梢钥闯�，在凝固初期，只在鋼錠底部附近出現(xiàn)負(fù)偏析；隨著凝固進(jìn)程推進(jìn)，鋼錠底部的負(fù)偏析消失，同時(shí)在鋼錠模壁附近出現(xiàn)了負(fù)偏析；凝固至65%左右時(shí)，錠底及模壁負(fù)偏析變大，而在冒口附近出現(xiàn)正偏析。凝固至100%左右時(shí)，在錠底及模壁附近的負(fù)偏析越來(lái)越嚴(yán)重，而位于冒口偏下處的鋼水凝固速度滯后，導(dǎo)致此處晶粒結(jié)晶充分，使得鋼錠軸線位置（自冒口延伸至鋼錠下部）產(chǎn)生正偏析區(qū)域。因此可知，C正偏析的發(fā)生位置與鋼錠的凝固順序、進(jìn)程密切相關(guān)。隨著所澆注鋼錠錠重的增加，其澆高逐漸增大，C偏析程度并無(wú)明顯惡化，元素偏析分布范圍變窄且沿軸線下移。這是因?yàn)殡S著錠重增加，鋼錠最后凝固區(qū)域變窄且沿軸線下移，此處凝固時(shí)間較長(zhǎng)，選分結(jié)晶充分，易于元素偏析的形成。

3.3鋼錠凝固收縮缺陷分析

 對(duì)39、42和45 t的鋼錠不同位置縮孔缺陷產(chǎn)生的模擬結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)，對(duì)于搭配墊圈鑄錠，其墊圈上部的錐度保持不變，而墊圈處的錐度減小。因此對(duì)于鋼錠的墊圈上部而言，相當(dāng)于提高了冒容比，因而增強(qiáng)了冒口對(duì)鋼錠上部的補(bǔ)縮能力，使得一次縮孔深度隨錠重增加而減�。�縮孔深度最大縮短量為15 mm）�？梢�(jiàn)，隨著澆注鋼錠的質(zhì)量增大，其一次縮孔深度隨之縮短。

在鋼錠縱截面上取7個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)用于測(cè)試鋼錠不同區(qū)域的Niyama值，并與臨界值比較，以此考察鋼錠缺陷敏感位置在凝固過(guò)程中的縮松缺陷發(fā)生概率。各關(guān)鍵點(diǎn)位置見(jiàn)圖5，其中A～E分別處于中軸線上9／10、8/10、6／10、4／10和2／10本體高度處，F(xiàn)、G兩點(diǎn)分別位于7/10和3／10，且距中軸線1／4鋼錠橫截面直徑位置，圖6為各關(guān)鍵點(diǎn)的Niyama值。

 由圖5和圖6可見(jiàn)，鋼錠中A點(diǎn)最易形成縮松，其次為B、C、D三個(gè)位置，而在F、G點(diǎn)均未發(fā)現(xiàn)縮松缺陷發(fā)生。相較39 t鋼錠，隨著錠重的增加，縮松缺陷產(chǎn)生的范圍并未沿徑向發(fā)展，但有沿軸線向下延伸的趨勢(shì)。盡管鋼錠整體冒容比維持不變，但冒口內(nèi)鋼水隨著錠重增加而增加。對(duì)A點(diǎn)附近區(qū)域的補(bǔ)縮范圍和能力是增大的，因此A點(diǎn)區(qū)域縮松缺陷隨錠重增加而呈現(xiàn)改善的傾向。同時(shí)，鋼錠本體的高度隨著錠重增加而增大。墊圈附近無(wú)錐度，使得該區(qū)域出現(xiàn)輕微縮松的傾向；對(duì)于距離錠底最近的E點(diǎn)而言，受到錠底的強(qiáng)冷卻作用，其Niyama值始終處于無(wú)缺陷范圍內(nèi)。以上結(jié)論在類似錠型的實(shí)際生產(chǎn)中也得以證明。

4  結(jié)論

 (1)錠重兼容式錠型參數(shù)的改變并沒(méi)有改變鋼錠的凝固順序；隨著鋼錠高度的增加（搭配墊圈），鋼錠最后凝固區(qū)范圍向下延伸。

 (2)采用錠重兼容錠型鑄造39～45 t鋼錠時(shí)，鋼錠細(xì)長(zhǎng)比和澆高的變化對(duì)鋼錠中C元素偏析程度的影響可以一定程度上相互抵消，鋼錠整體的C元素偏析程度并未發(fā)生明顯變化，但偏析產(chǎn)生區(qū)域沿軸線向下延伸。

 (3)隨著鋼錠本體高度的增大，增強(qiáng)了冒口的補(bǔ)縮能力，縮短了一次縮孔深度；同時(shí)，隨著鋼錠本體高度的增加，鋼錠最后凝固區(qū)域未見(jiàn)變寬但沿軸線向下延伸，軸線縮松體積增加。