電渣重熔鋼錠動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)及微觀組織的研究.pdf

1、電渣重熔工藝是一種兼有精煉提純和順序凝固雙重功能的典型純凈化成型技術(shù)，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度機(jī)械零件毛坯的新方法。鋼錠在凝固過(guò)程中所形成的微觀組織直接決定著其力學(xué)性能的優(yōu)劣和使用壽命的長(zhǎng)短，所以對(duì)微觀組織的準(zhǔn)確模擬可以節(jié)約試驗(yàn)成本、完善電渣重熔的工藝。
　　本文采用ProCAST軟件對(duì)電渣重熔鋼錠的動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)及凝固組織進(jìn)行了模擬，首先建立了二維軸對(duì)稱(chēng)幾何模型，然后劃分有限元粗網(wǎng)格求解得到電渣重熔過(guò)程的動(dòng)態(tài)溫度分布。重熔開(kāi)始時(shí)熔池基本水平

2、，隨鋼錠逐漸增高，熔池也不斷接近拋物面狀，其深度與鋼錠半徑接近。當(dāng)電渣重熔達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，熔池形狀和大小不再隨鑄錠高度的增加而變化。為計(jì)算鋼錠的微觀組織，通過(guò)插值因子由宏觀溫度場(chǎng)求得微觀溫度場(chǎng)。
　　因?yàn)槟踢^(guò)程中的傳質(zhì)以及能量起伏是隨機(jī)過(guò)程，所以本文采用更為接近實(shí)際的概率法（元胞自動(dòng)機(jī)法）來(lái)研究微觀組織的形成過(guò)程。本文使用Rappaz等提出的一種基于高斯分布的形核模型和Kurz等提出的KGT生長(zhǎng)模型來(lái)模擬鋼錠凝固過(guò)程。在電渣重熔過(guò)程

3、中，開(kāi)始時(shí)熱量主要由底面?zhèn)鞒?，因此柱狀晶?huì)沿著豎直方向生長(zhǎng)，隨著鋼錠不斷增高，鋼錠凝固受邊界散熱條件和內(nèi)部溫度場(chǎng)的影響，金屬熔池越來(lái)越接近于拋物面形狀，熱流方向和柱狀晶的生長(zhǎng)方向也開(kāi)始傾向軸向，最終形成倒V形的軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。本文還研究了電極熔速、渣池溫度等工藝參數(shù)對(duì)電渣鋼錠溫度場(chǎng)的影響及形核參數(shù)對(duì)凝固組織的影響。
　　為驗(yàn)證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文以H13電極為原料，經(jīng)電渣重熔后得到圓柱形鋼錠，再經(jīng)線(xiàn)切割、精磨等工序之后，用王水溶液酸