镁合金电磁悬浮连续铸造过程数值模拟

摘要

电磁悬浮连续铸造是悬浮铸造与电磁连续铸造相结合的一种铸造方法。悬浮剂的加入既使合金熔液中形成大的能量和成分起伏，又可以作为异质晶核，有助于形成细晶组织。而电磁场在金属液内部产生搅拌作用，不仅可以有效的细化晶粒、减少缩松和缩孔等缺陷，而且还加速了悬浮剂和合金母液的均匀混合，有效避免了悬浮剂在合金液中的聚集“搭桥”现象和悬浮剂在铸件中的夹生。因此，电磁悬浮连续铸造能够显著提高合金铸坯的质量。而将该技术应用于镁合金的铸造过程则是一个新的尝试，本文针对镁合金圆锭电磁悬浮连续铸造过程进行了以下实验和模拟研究： 选用A231变形镁合金作为基体合金，20％ZrB2+80％A231的混合材料为悬浮剂，用静态电磁悬浮铸造法和电磁悬浮连续铸造法制备了镁合金铸锭，并对铸锭的微观组织进行了分析。分别与没有加入悬浮剂的相同条件下制备的铸锭对比，结果表明悬浮剂的加入细化了晶粒。 测量了电磁连铸过程的温度场，进行了感应热分析。针对镁合金电磁连铸过程建立了温度场数值模拟的计算模型，并验证了模拟程序的准确性；在此基础上进行了各项工艺参数对稳态液穴形状影响的模拟研究，在铸锭与结晶器的摩擦力不会导致凝固壳断裂的假设前提下，确定了拉坯速度上限为2.75mm/s。 利用电磁连铸温度场数值模拟的计算模型，对悬浮铸造合金的一些热物性参数进行了处理，对A231镁合金电磁悬浮连续铸造过程的温度场进行了模拟计算，并验证了模拟程序的准确性。在此基础之上进行了悬浮剂含量对温度场影响的分析，结果表明：随着悬浮剂含量的增加，合金初始温度降低，凝固时间缩短，导热能力下降，但冷却速度增加；随着悬浮剂含量的增加，稳态的液穴深度减小，凝固壳的起始位置升高，凝固壳的厚度增加，液穴坡度变小。与电磁连铸相比，电磁悬浮连续铸造的冷却速度提高

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1镁及镁合金性能

1.1.1镁的物理化学性能

1.1.2镁合金的组成

1.1.3镁合金的优良性能

1.1.4制约镁合金应用的因素

1.2连续铸造技术的发展

1.2.1直冷连续铸造

1.2.2电磁铸造

1.2.3软接触电磁连续铸造技术

1.3电磁悬浮连续铸造

1.4数值模拟研究概况

1.5本论文研究的主要内容

2镁合金电磁悬浮连续铸造工艺研究

2.1镁合金电磁连续铸造技术研究

2.1.1电磁连铸技术的基本原理

2.1.2电磁连续铸造设备及工艺

2.2电磁悬浮铸造技术

2.2.1电磁悬浮铸造技术的原理

2.2.2电磁悬浮铸造技术的设备

2.2.3电磁悬浮铸造技术的应用

2.3镁合金电磁悬浮连续铸造技术

2.3.1镁合金电磁悬浮连续铸造技术的原理

2.3.2悬浮剂的制备

2.4镁合金电磁悬浮连续铸造技术的应用

2.4.1镁合金电磁悬浮连续铸造过程

2.4.2组织分析

2.5 小结

3镁合金电磁悬浮连续铸造过程温度场的实验研究

3.1镁合金电磁连铸过程温度场的测量

3.1.1温度场的测量方法

3.1.2测量结果处理

3.2悬浮铸造过程温度场的测量

3.2.1温度场的测量方法

3.2.2测量结果处理

3.3 AZ31镁合金高温力学性能测量

3.3.1高温力学性能测量方法

3.3.2测量结果处理

3.4镁合金电磁悬浮连续铸造温度场的测量

3.4.1温度场的测量方法

3.4.2测量结果处理

3.5 小结

4镁合金电磁连铸过程温度场的数值模拟

4.1数学模型的建立

4.2基本方程差分化

4.3求解条件的处理

4.3.1计算区域与网格剖分

4.3.2初始条件

4.3.3边界条件

4.3.4热物性参数的取值

4.3.5潜热的处理

4.3.6感应热的处理

4.3.7温度场数值模拟计算程序

4.4模拟结果分析

4.4.1模型的验证

4.4.2铸造参数对液穴形状的影响

4.5小结

5镁合金电磁悬浮连续铸造过程温度场的数值模拟

5.1引言

5.2热物性参数处理

5.2.1导热系数

5.2.2比热

5.2.3结晶潜热

5.3温降和悬浮铸造合金的初始温度

5.4模拟结果分析

5.4.1模型的验证

5.4.2悬浮剂含量对温度场的影响

5.4.3电磁悬浮连续铸造与电磁连铸的比较

5.5小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢