[发明专利]一种铸锭中宏观偏析缩孔疏松的预测模拟方法

说明书

本发明公开了一种铸锭中宏观偏析缩孔疏松的预测模拟方法，包括以下步骤：获取金属材料的热物性参数；计算求解所述金属材料凝固时所需的质量、动量、能量、溶质传输；设置计算边界条件，初始化计算条件，开始循环，耦合求解所述金属材料的液相、等轴晶中固相、柱状晶相的质量、动量、能量、溶质传输，同时求解空气相的动量方程、能量方程；跟踪所述空气相和所述液相的界面，根据凝固收缩量，求解出所述空气相的分布域；更新所述热物性参数，同时跟踪缩松判据，判断收敛条件；如果不满足进入下一个循环，如果满足进入下一个时间步计算；直至得到模拟结果。本发明适用于预测各种材料、吨位铸锭的宏观成分分布，对铸锭浇铸工艺优化具有参考作用。

技术领域

本发明涉及一种关于偏析的预测模拟方法，具体涉及一种铸锭中宏观偏析缩孔疏松的预测模拟方法，属于黑色金属材料制备领域。

背景技术

凝固过程中成分偏析是合金固有特性。因此，凝固后铸锭普遍存在成分不均匀现象，这种现象叫做宏观偏析；宏观偏析不仅和材料特性还与凝固过程中液体流动、等轴晶沉积、凝固收缩流动等原因有关；此外凝固过程中还存在收缩现象，这是由材料在固、液状态下的密度差异引起的。铸锭凝固过程是一个复杂的过程，如何高效准确地预测铸锭的成分、缩孔缩松分布一直是各国铸造工作者努力的方向。

目前国内外用于铸锭偏析预测的模拟方法中，存在以下主要问题：很少同时考虑液相、等轴晶、柱状晶和空气的相互作用；没有考虑凝固收缩时的流动对最终偏析的影响；几乎没有跟踪缩松形成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢锭中的偏析预测、缩孔缩松预测；解决实际生产中凝固后成分、缩孔、疏松难以预测问题；模拟结果为实际生产提供有效的参考价值。本发明的技术方案如下：

一种钢锭中偏析的预测模拟方法，包括如下步骤：

(1)获取材料的热物性参数；

(2)计算求解所编写的凝固时所需的质量、动量、能量、溶质传输；

(3)设置计算边界条件，初始化计算条件，开始循环，耦合求解液相、等轴晶中固相和柱状晶相的质量、动量、能量、溶质的传输方程，同时求解空气相的动量及能量方程；

(4)跟踪空气相和液相的界面，根据凝固收缩量，求解出空气相分布域；

(5)更新材料物性参数，同时跟踪缩松判据，判断收敛条件，如果不满足进入下一个循环，如果满足进入下一个时间步计算；

(6)采用钢锭模实际生产钢锭；

(7)将模拟结果与实际生产结果进行对照，验证模拟结果的可靠性，然后用于后续铸锭的预测。

本发明的有益效果：

1、本发明采用四相模型，通过耦合求解凝固过程中金属液相、等轴晶相、柱状晶相以及气相之间的质量、能量、动量及溶质传输方程，预测铸锭凝固过程中的偏析、缩孔及疏松分布；

2、本发明使用温度梯度跟踪法确定柱状晶生长方向和生长区域，解决了柱状晶向等轴晶转变的预测难题；

3、本发明采用枝晶状而非球状等轴晶，解决了枝晶结构对预测等轴晶的生长及运动的难题；

4、本发明适用于预测各种材料、吨位铸锭的宏观成分分布，对铸锭浇铸工艺优化具有参考作用。

附图说明

图1是枝晶状等轴晶示意图；

图2是55吨钢模铸锭示意图；图中，1钢模；2铸锭；3空气；

图3是500s液相分布图；

图4是5000s液相分布图；

图5是10000s液相分布图；