【摘 要】
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非晶合金板材水平连铸过程复杂,且刚在起步阶段,大量的问题仍未得到解决,特别是非晶合金玻璃化转变过程、复杂性和弹塑性变形之间的交互作用缺乏统一理论;另外在实时检测各项参数
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非晶合金板材水平连铸过程复杂,且刚在起步阶段,大量的问题仍未得到解决,特别是非晶合金玻璃化转变过程、复杂性和弹塑性变形之间的交互作用缺乏统一理论;另外在实时检测各项参数方面,也存在一定的难度。当前的研究中更多是采用试错法或者冗余法来解决问题,凝固前沿变化趋势根本无法得到和实现。 本文基于自主研发的水平连铸设备,主要运用有限元分析软件ProCAST对水平连铸过程建立三维温度场的数学模型,分析水平连续铸造凝固过程和装备的传热特点,确定了热物性参数的近似处理带来的影响。并采用控制变量法和正交试验法,进行工艺参数分析和优化。 本文采用Rc判据衡量非晶合金形成能力,即临界冷却速率Rc(=(Tm-Tn)/tn),将瞬时冷却速率与Rc相比较,认为高于临界冷却速率即可形成非晶合金。计算和实验结果表明该判据是较为合理的。 本文的模拟计算结果表明,非晶合金水平连铸数值模拟的热物性参数中,导热系数可以做近似处理,即采用相近非晶合金的文献值对计算结果影响不大;但比热对计算结果的影响较为显著。结果也表明,本文在模拟计算中所做的假设、边界条件处理和非晶合金连铸过程的热物性参数的选择是合理的; 模拟计算分析表明,当采用拉停循环模式时,拉坯速度在2-4 mm/s,浇注温度控制在1000-1200℃,拉坯起始位置位于结晶器入口0-14 mm处是合理的,满足非晶形成的临界条件。当采用匀速拉坯模式,要达到非晶形成的临界冷却条件,拉坯速度不应该超过3 mm/s,且拉坯速度为2 mm/s的匀速拉坯工艺优于拉停循环模式下拉坯速度为3 mm/s的工艺。 分析表明,影响凝固前沿形状的主次因素为:拉坯速度>浇注温度>拉坯起始位置;影响凝固前沿平衡状态及板坯中非晶合金含量的主次因素别为:拉坯速度>拉坯起始位置>浇注温度。计算得到的最优工艺参数组合为拉坯速度为4 mm/s,浇注温度为1080℃,拉坯起始位置放在结晶器入口14 mm位置处。 依据数值模拟结果进行非晶合金板坯水平连铸实验,成功制备出非晶合金成分比例较高的(Cu47Zr45Al8)98.5Y1.5板材。
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