锻造钢锭内部质量影响的数值模拟研究

冒口高度对大型锻造钢锭内部质量影响的数值模拟研究作者：党卫东，吴晓春，闵永安，汪宏斌，DANGWei-dong，WUXiao-chun，MINYong-an，WANGHong-bin作者单位：上海大学材料科学与工程学院,上海,200072刊名：铸造技术英文刊名：FOUNDRYTECHNOLOGY年，卷(期)：2010，31(6)被引用次数：0次参考文献(9条)1.王济洲.周尧和借助周界商求解铸钢件冒口尺寸的新方法1995(12)2.李庆春铸件成形理论基础19883.赵彦灵钢锭疏松,缩孔的因素分析及对策2000(6)4.李文珍.柳百城.王春乐铸钢件缩孔疏松预测的实验研究1995(4)5.崔吉顺.李文珍铸件缩孔缩松多种预测判据的应用2001(8)6.HYamada.蔡康渭锻造钢锭中缩松形成的临界条件1983(2)7.田代晃一钢锭模设计对大型锻造钢锭的凝固和内部质量的影响1983(1)8.东北重型机械学院.第一重型机器厂.第一机械工业部情报所大锻件热处理19749.张维平.沈厚发影响钢锭中A、V形偏析的几种因素1995(6)相似文献(7条)1.期刊论文计算机模拟在大型钢锭工艺优化中的应用-热加工工艺2009,38(21)介绍了ViewCast软件在大型钢锭工艺优化中的应用:利用ViewCaSt软件强大的设计计算功能计算了钢锭的浇注系统(主要是冒口的计算,包括冒口的数目及尺寸),通过模拟计算验证了该工艺设计的可行性,所得结果并与实际的结果一致.模拟结果表明,改进后的工艺大大的减少了缩孔、缩松缺陷的产生,提高了铸件的质量.2.期刊论文李文胜.沈丙振.周翔.沈厚发.柳百成.LiWensheng.ShenBingzhen.ZhouXiang.ShenHoufa.LiuBaicheng大型钢锭凝固过程三维数值模拟-大型铸锻件2010,(3)开发了大型钢锭凝固过程三维模拟程序.利用本程序对53t钢锭的凝固过程进行了模拟,预测的钢锭和锭模中典型测试点的冷却曲线、钢锭完全凝固时间及冒口一次缩孔形状等与商用有限元软件ProCAST的计算结果吻合良好.3.期刊论文桑宝光.张秀伟.康秀红.夏立军.李殿中.SANGBao-guang.ZHANGXiu-wei.KANGXiu-hong.XIALi-jun.LIDian-zhong大型钢锭凝固数值模拟与试验研究-铸造2010,59(3)利用Procast软件包对6t钢锭的凝固过程进行了计算机模拟,并预测了钢锭的缩孔疏松分布,计算结果发现原有工艺中钢锭的缩孔深度大,轴线疏松严重.将模拟结果与试验结果进行对比,两者吻合良好.在此基础上,研究了绝热板和发热剂对钢锭的缩孔疏松分布的影响,优化了绝热板工艺.模拟与试验结果表明,优化后的绝热板加发热剂工艺可显著改善钢锭冒口的保温效果,减小缩孔深度,提高钢锭的质量和利用率.4.会议论文杨弋涛.罗威.张洪奎.邵光杰大型合金钢铸锭冷却过程热应力的数值模拟研究2009为定量分析Cr5大型钢锭凝固冷却过程常见表面裂纹缺陷的主要原因，本研究通过三维CAD软件建立了由铸铁钢锭模、铸件、冒口保温套、覆盖渣层、浇注套管和浇道组成的物理模型体系,确立了借助于ADSTEFAN模拟软件从浇注、凝固温度场到铸造应力的计算机联动模拟分析方法。分析了铸件的应力分布以及开箱时间的定量影响规律,在冷却方式的改进上提出降低应力的有效方案。5.期刊论文赵益锋.宋贤发.ZHAOYi-feng.SONGXian-fa特大型球墨铸铁钢锭模的铸造工艺-现代铸铁2009,(2)介绍了重量38t的大型钢锭模球铁件的生产工艺.采用底注式浇注系统,锭模内孔型芯采用焊接钢管芯骨,外层30mm为呋喃树脂砂层.铸件顶部延长200mm作为本体冒口,其顶面还设有4个安全小冒口.浇注后钢管芯骨内注入冷却水,对铸件下段进行强制冷却.利用球墨铸铁石墨化膨胀进行自补缩解决了铸件内部的缩孔、缩松缺陷,使生产的铸件达到质量要求.6.会议论文赵益锋.宋贤发钢锭模球墨铸铁件的铸造工艺2009介绍了38t大型钢锭模球铁件的生产工艺。工艺采用底注式浇注系统；锭模内孔型芯采用焊接钢管芯骨，外层30mm为呋喃树脂砂层；铸件顶部延长200mm作为本体冒口，顶面设有4个保险冒口，浇注后钢管芯骨内注入冷却水，对铸件下段进行强制冷却。这些措施解决了铸件内部的缩孔、缩松缺陷，并利用球墨铸铁石墨化膨胀进行自补缩，使生产的铸件达到质量要求。7.学位论文陈露贵几种关键铸件的铸造工艺模拟与实验研究2008我国是铸造大国，铸件年产量近七年一直高居世界首位，但远非铸造强国。主要原因有两方面：一是能源和资源消耗高，环境污染严重，二是铸造技术水平相对较低，铸件质量和附加值不高，使得许多重大装备的关键铸件完全依赖进口。要改变目前这种状况，关键在于大力提升我国铸造技术水平，特别是重大装备关键铸件的铸造技术水平。集成数值模拟技术与传统技术，摒弃传统的“睁眼造型、闭眼浇铸”弊端，自主创新一种面向生产需求、着力解决生产实际问题的铸造技术，是提升铸造技术水平的关键。本文从铸造数值模拟的四个方面：凝固热传导、流体流动、热应力和宏观偏析，对几种典型关键铸件的铸造过程进行了数值模拟研究，并把模拟结果与实验研究相结合，开发了几项关键工艺。通过对铁路货车转向架中摇枕铸钢件铸造过程的现场测温，运用逆算法获得了铸件与多种铸型材料之间的界面换热系数，利用所得界面换热系数，准确地预测了摇枕的实际缩孔位置，并为其它铸件的数值模拟提供了参考。建立了电渣加热冒口移动热源模型，准确地预测了采用电渣加热工艺的支承辊缩孔疏松缺陷；利用此模型设计了电渣加热最优工艺参数，成功试制目前国内最大的65t铸钢支承辊。形成了电渣加热冒口设计工艺，为生产更大吨位、大高径比铸件提供了技术支持。建立了航空用高温合金母合金锭的充型凝固模型，根据模拟结果找出了合金锭出现一次和二次缩孔的根本原因，并设计了新的浇注系统、金属模以及保温冒口，成功地消除了一次和二次缩孔，出品率从原来的72%(未完全切除一次和二次缩孔)提高到77%以上(没有任何缩孔)，形成了效率更高的高温合金锭铸造工艺。建立了100t空心钢锭凝固模型，模拟分析了各种工艺参数对最终凝固位置的影响。通过物理模拟实验，发现液氮.压缩空气混合气体比单一的压缩气体冷却效果更好。建立了型芯的混合气体流动模型，得到了沿内套筒高度分布的内套筒与冷却介质之间界面换热系数。根据模拟结果确定铸造工艺，成功试制了45t的空心钢锭，为生产更大吨位的空心钢锭提供帮助。建立了310t钢锭用钢锭模热应力模型，根据模拟结果找出了钢锭模的裂纹起源位置和扩展机理，钢锭模开裂的时间和形式。模拟结果与实际生产吻合。利用钢锭模热应力模型，优化钢锭模结构，延长了钢锭模的使用寿命。这项技术已用到多个几百吨级别大型钢锭模的设计和制造之中。建立了凝固-冷却-打箱-切除浇注系统-热处理的整合热应力模型，并模拟了大型喷泵叶轮机械加工前的最终几何形状，叶轮铸件关键点的实际变形测量结果与模拟结果相吻合。利用热应力整合模型对关键点增加反变形量，得到了加工余量小且均匀的叶轮模样，并成功试制出叶轮。在这个薄壁叶轮铸件模拟和实验的基础上，形成了一种新的复杂结构薄壁铸件变形控制方法。通过深入分析大型钢锭宏观偏析的形成机理，比较空心钢锭与传统实心钢锭的宏观偏析程度，提出了一种类似于空心钢锭制造、通过控制凝固时间来抑制宏观偏析的新方法。建立了小颗粒对钢锭凝固影响的物理模型，成功避开传统宏观偏析模型，找出了抑制宏观偏析的最有效方法。通过模拟计算得到了添加钢球的工艺参数。通过金属模和砂模小型钢锭的模拟结果，论证了砂模小型钢锭有足够长的凝固时间来产生显著的宏观偏析，试制了具有大型钢锭宏观偏析效果的小型钢锭，验证了模拟结果。添加钢球的小型钢锭实验结果表明：添加钢球可以使钢锭的宏观偏析得到很大程度的抑制，还可以细化晶粒，发展了一种低偏析大型钢锭制造的新工艺。上述关键铸件的成功研制，显示了同时考虑凝固、热传导、流体流动、热应力和宏观偏析的整合模型在工程应用上的价值。关键词：关键铸件，数值模拟，浇注系统，热应力，宏观偏析本文链接：授权使用：广西区科技情报研究所(gxqkqs)，授权号：78cc2bc2-297f-4c94-afe1-9e0e0140a106下载时间：2010年10月13日