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浸入式水口对铝合金凝固过程影响的数值模拟与实验研究

邵高建  
【摘要】:浸入式水口是金属熔体从中间包流入结晶器的通道。本文将浸入式水口引入到铝合金铸造过程,并通过实验和反求算法确定结晶器的界面换热系数,主要探讨在浸入式水口作用下不同工艺参数对7050铝合金板坯凝固过程温度场、流场、应力场和微观组织的影响,并提出流场优化方案,与常规铸造作对比。同时针对浸入式水口铸造过程中的不足,引入功率超声,探讨不同功率超声对熔体凝固过程应力场、热裂、冷裂倾向性和微观组织的影响,并与实验作对比,为工艺优化和实现对铸坯质量的良好控制提供理论依据和指导。 1、建立了7050铝合金材料热物性参数和动力学数据库以及基于MILE算法的半连续铸造三维有限元模型。应用实验和仿真相结合的方法对400x1120mmm扁坯半连续铸造过程进行研究,探讨其温度场、流场、应力场等分布规律,主要研究了浸入式水口工艺参数对铸造凝固过程中温度场、流场的影响规律,提出了浸入式水口作用下流场优化的工艺方案。在此方案的基础上,模拟了浸入式水口作用下铸造与常规铸造相对比的温度场与应力场的变化规律。 2、浸入式水口作用下,对400x1120mm扁坯研究不同工艺参数对铸造凝固过程中微观组织的影响,定量阐明浸入式水口作用下主要工艺参数对扁坯凝固组织中组织分布规律、晶粒尺寸、树枝晶晶区比例、晶粒取向度平均偏差的影响规律,提出了浸入式水口作用下可行的工艺方案。针对此方案,模拟浸入式水口作用下铸造与常规铸造相对比下的微观组织的变化规律。 3、探讨了浸入式水口作用下不同超声功率作用的坩埚实验,并对不同功率超声作用下的冷却曲线进行测量,通过PROCAST反求模块确定不同功率超声作用下的等效冷却系数,并在此基础上模拟了不同功率超声下的应力场、热裂、冷裂倾向性和微观组织变化规律,并与实验作对比分析。


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