55t大型锻造用钢锭疏松缺陷模拟和试验研究.pdf

学兔兔 2012年第5期 铸 造 设 备 与 工 艺 2012年 10月 FOUNDRYEQUIPMENTANDTECHNOLOGY · 试验研究 · 55t大型锻造用钢锭疏松缺陷的模拟与试验研究 李振彦，陈慧琴 (太原科技大学材料科学与工程学院，山西 太原 030024) 摘 要：利用ProCAST有限元软件对 55t大型锻造用钢锭的凝固过程进行 了数值模拟。分析 了钢锭与锭模 之间不同换热系数的冷却条件下，钢锭纵截面疏松缺陷的分布区域、形貌及疏松程度的演变规律。模拟分析得 出，当钢锭与锭模之间的换热系数为 1200w／(mz·k)时，钢锭 内部的疏松缺陷面积最小，疏松程度最低。与试验 结果进行对 比，模拟结果与试验结果吻合较好 。 关键词 ：大型锻造用钢锭 ；数值模拟 ；换热系数 ；疏松 中图分类号：TG244 文献标识码：A 文章编号：1674—6694(2012)05—0015—04 NumericalSimulationofPorosityDefectsin55-tonSteelIngotsforLargeForgings LIZhen-yan,CHEN Hni—qin (SchoolofMaterialScienceandEngineering,Taiyuna UniversityofSciencenadTechnology,TyunaShanxi030024．China) Abstract：UsingthefiniteelementsoftwareofProCAST，thesolidificationprocessesof55-tonsteelingotsforlargeforgingswere simulated．Distributionarea，morphologyanddensityofporositydefectsin55一tonlargeingotwereanalyzedundercoolingconditions ofdifferentheattransfercoemcientsbetweentheingotandthemold．Thesimulationresultsindicatethattheporosityareaanddensity isleastwhenthecoefficientofheattransferis1200w／(m2ok)．Throughcomparisonofthesimulationresultsandthetestresults，itis ofundthatthesimulationresultsareidenticaltothatofthetest． Keywords：steelingotsofrlargeforgings，numericalsimulation，coefficientsofheattransfer，porosity 大型锻造用钢锭的内部缺陷主要有偏析、夹渣 1．1 55t钢锭有限元 网格划分 物、缩孔和疏松等，这些缺陷的形成与冶炼、浇注和 55t钢锭的形状尺寸如图1所示，钢锭的棱形 凝 固过程密切相关。在生产过程 中，控制稍有不慎 为8棱。如图2所示 ，采用四面体网格进行钢锭空 就会导致大型锻件的报废 l_【31。在大型锻造用钢锭的 间区域的离散化，共划分了81008个单元，17073 凝固过程中，由于逐层凝固收缩 ，钢锭的中心轴线 个节点。 部位最后凝固，导致在钢锭轴线部位产生缩孔疏 松。钢锭内部疏松的形成与钢锭和锭模之间的冷却 条件、固液区传热条件 、以及液态金属流动等多种 寸