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7050铝合金半连续铸造工艺过程主参数匹配规律研究

作　者: 张晓明
导　师: 张立华
学　校: 中南大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 7050铝合金半连续铸造超声波工艺参数数值模拟裂纹微观组织
分类号: TG27
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 192次
引　用: 3次
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内容摘要

铝合金半连续铸造过程是一个包含几何非线性、材料非线性等众多非线性因素的复杂动态凝固过程,各种铸造缺陷如晶粒粗大、开裂和组织、成份偏析等都是在凝固过程中形成的。半连续铸造过程的实现涉及工艺、设备与环境等诸多因素的组合与精确控制。本文通过数值模拟的方法,结合一定的试验手段,对超声场下7050铝合金圆锭和扁锭的半连续铸造工艺进行研究,寻求其控制调节机制,获得高质量的无缺陷铸锭。1、概述了高强铝合金半连续铸造以及铸造数值仿真技术的发展及研究现状,分析了铸件凝固过程中温度场的有限元解法,总结了半连续铸造凝固过程中的温度场、流场、应力场及组织等的相关有限元理论。2、介绍了mile算法的基本原理,分析了半连续铸造过程中的传热边界条件,构建了基于mile算法的半连续铸造凝固过程的三维热—流—力耦合模型及热—流—组织耦合模型。对半连续铸造过程进行有限元仿真,研究铸件中温度场、流场、应力及组织的变化规律;分析了不同工艺条件下温度场、应力场、液穴形状及组织的分布规律,并应用热裂势和成裂指数等裂纹判据对铸造裂纹的产生进行了分析,根据分析结果,提出了优化后的工艺方案。3、通过探讨超声波对形核率的影响,近似模拟超声波对铸锭微观组织的影响,并分析了不同工艺参数对铸锭晶粒尺寸的影响规律。进行超声波半连续铸造试验,分析了超声功率、铸造速度对7050铝合金φ300mm圆锭微观晶粒尺寸的影响规律。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 7xxx系列铝合金半连续铸造的发展及研究现状  8-10
  1.2 铸造数值仿真技术的发展现状  10-12
  1.3 课题研究背景、意义及论文内容  12-14
    1.3.1 课题研究背景及意义  12
    1.3.2 论文的研究内容及结构安排  12-14
第二章 7050铝合金φ300mm圆锭半连铸过程的仿真研究  14-33
  2.1 半连续铸造过程的有限元理论  14-23
    2.1.1 半连续铸造过程热传导问题的数学描述  14-16
    2.1.2 铸件充型过程的数学描述  16-17
    2.1.3 热弹塑性模型应力应变的数学描述  17-20
    2.1.4 铸锭微观组织形核的数学模型  20-23
  2.2 半连续铸造模型的建立  23-26
    2.2.1 非稳态模型的连续铸造(mile算法)的基本原理  23-24
    2.2.2 mile算法半连铸边界条件的设置  24-25
    2.2.3 7050铝合金物性参数的建立  25-26
  2.3 φ300mm圆锭半连续铸造过程的仿真研究  26-32
    2.3.1 φ300mm半连续铸造过程熔体温度、流速及应力的变化规律  26-29
    2.3.2 裂纹判据的选择  29-30
    2.3.3 φ300mm圆锭半连续铸造过程的开裂分析  30-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章工艺参数对φ300mm圆锭半连续铸造过程的影响  33-43
  3.1 铸造速度对铸锭的影响  33-36
    3.1.1 铸造速度对铸造应力的影响  33-34
    3.1.2 铸造速度对铸锭凝固效率的影响  34-35
    3.1.3 铸造速度对铸锭组织的影响  35-36
  3.2 浇注温度对铸造的影响  36-38
    3.2.1 浇注温度对铸造应力的影响  36-37
    3.2.2 浇注温度对铸锭液穴的影响  37-38
    3.2.3 浇注温度对铸锭微观组织的影响  38
  3.3 冷却水强度对铸造应力的影响  38-40
    3.3.1 一次冷却水强度对铸造应力的影响  38-39
    3.3.2 二次冷却水强度对铸造应力的影响  39-40
  3.4 工艺参数对铸锭成裂指数的影响  40-42
  3.5 本章小结  42-43
第四章超声场下7050铝合金φ300mm圆锭半连铸的仿真与试验  43-52
  4.1 φ300mm圆锭超声波半连续铸造的仿真研究  43-46
    4.1.1 超声功率对铸锭组织影响的仿真研究  43-45
    4.1.2 超声场下工艺参数对铸锭组织影响的仿真研究  45-46
  4.2 超声波半连续铸造的的试验研究  46-50
    4.2.1 试验方案  46-47
    4.2.2 试验材料  47
    4.2.3 试验结果及分析  47-50
  4.3 仿真与试验对比分析  50-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章 7050铝合金φ550mm圆锭半连续铸造的工艺研究  52-65
  5.1 7050铝合金φ550mm圆锭半连续铸造过程的仿真研究  52-54
  5.2 7050铝合金φ550mm半连续铸造过程的开裂分析及改进措施  54-59
    5.2.1 φ550mm半连续铸造过程的开裂分析  54-57
    5.2.2 φ550mm半连续铸造过程防止开裂的改进措施的探讨  57-59
  5.3 工艺参数对φ550mm半连铸过程等效应力的影响  59-62
    5.3.1 浇注温度对铸锭的影响  59-60
    5.3.2 铸造速度对铸锭的影响  60
    5.3.3 一次冷却水强度对铸锭的影响  60-61
    5.3.4 二次冷却水强度对铸锭的影响  61-62
  5.4 工艺参数对铸锭成裂指数的影响  62-63
  5.5 本章小结  63-65
第六章 7050铝合金扁锭半连续铸造过程的工艺研究  65-81
  6.1 工艺参数对500×1400扁锭半连续铸造过程的凝固研究  65-71
    6.1.1 500×1400扁锭半连铸过程温度场与凝固效率  65-66
    6.1.2 工艺参数对扁锭液穴的影响  66-67
    6.1.3 工艺参数对铸锭凝固及温度场的影响  67-71
  6.2 500×1400扁锭开裂位置的仿真研究  71-74
    6.2.1 500×1400扁锭不同位置的等效应力与温度分布情况  71-73
    6.2.2 500×1400扁锭不同位置的成裂指数分析  73-74
  6.3 400×1100扁锭半连续铸造过程的仿真研究  74-80
    6.3.1 400×1100扁锭不同截面位置应力与温度分布  74-79
    6.3.2 400×1100扁锭半连铸过程的开裂分析  79-80
  6.4 本章小结  80-81
第七章全文总结与展望  81-83
  7.1 主要研究工作及结论  81-82
  7.2 研究中存在的问题及展望  82-83
参考文献  83-88
附录  88-118
致谢  118-119
攻读硕士学位期间发表的学术论文  119

7050铝合金半连续铸造工艺过程主参数匹配规律研究

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