【摘 要】
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大规格铝合金半连续铸造技术是应用最广泛的大型铝合金成形技术,为了得到质量更好的铸锭,其铸造工艺在不断改进和完善。本课题在传统DC铸造的基础上进行新的尝试,在铸造过程中,向结晶器中溶体表面中心施加同成分圆棒冷料,增加铸锭心部的冷却速率,开发新的大规格铝合金铸造工艺,即施加冷料的DC铸造。本文利用ANSYS有限元模拟软件中的Fluent模块,建立传统DC铸造和施加冷料的DC铸造的物理模型,数值模拟分析
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大规格铝合金半连续铸造技术是应用最广泛的大型铝合金成形技术,为了得到质量更好的铸锭,其铸造工艺在不断改进和完善。本课题在传统DC铸造的基础上进行新的尝试,在铸造过程中,向结晶器中溶体表面中心施加同成分圆棒冷料,增加铸锭心部的冷却速率,开发新的大规格铝合金铸造工艺,即施加冷料的DC铸造。本文利用ANSYS有限元模拟软件中的Fluent模块,建立传统DC铸造和施加冷料的DC铸造的物理模型,数值模拟分析了传统DC铸造和施加冷料的DC铸造过程中的温度场。温度场结果表明施加冷料的DC铸造使液穴变得平缓,但同时也增加了两相区的存在范围。随后分别研究冷料直径、加料速度对温度场的影响,模拟加料速度为60mm/min冷料直径分别为20mm和30mm时的温度场变化以及冷料直径为20mm加料速度分别为60mm/min、150mm/min、240mm/min及360mm/min时的温度场变化。通过数值模拟获得了不同冷料直径及加料速度对施加冷料的DC铸造温度场的影响规律:当加料速度为60mm/min时,随着冷料直径的增加,冷料对中心熔体冷却效果增加,液相线形状改变,两相区范围增加。当冷料直径为20mm时,随着加料速度的增加,冷料对中心熔体的冷却效果越好,液相线和凝固前沿温度曲线形状发生变化,两相区存在范围增加。根据数值模拟结果,选取加料速度为150mm/min及240mm/min两种情况进行施加冷料的DC铸造的实验,对比研究施加冷料的DC铸造与传统DC铸造铸锭截面宏观组织及截面中心、距中心1/4R、1/2R、3/4R及边部微观组织。实验结果表明:施加冷料的DC铸造心部等轴晶晶粒尺寸大于DC铸造,分布范围减小,出现大量浮游晶,柱状晶晶粒尺寸及分布范围大于DC铸造,边部细晶区与DC铸造相差不大,但偏析层中晶粒尺寸增加,使其厚度增加。
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