上海交通大学材料学院先进材料与凝固研究所李军

leime

基于成分均匀化的层状铸造方法的实验与模拟研究

李军1,2, 王军格1, 任凤丽1, 葛鸿浩1, 胡侨丹1, 夏明许1, 李建国1

1 上海交通大学材料科学与工程学院 上海 200240

2 上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心 上海 200240

Experimental and Numerical Simulation Study on Layer Casting Method for Composition Homogeneityon Ingot Casting

Jun LI1,2(), Junge WANG1, Fengli REN1, Honghao GE1, Qiaodan HU1, Mingxu XIA1, Jianguo LI1

1 School of Materials Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

2 Collaborative Innovation Center for Advanced Ship and Deep-Sea Exploration, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

摘要:
提出了一种可降低铸锭宏观偏析的铸造工艺：层状铸造(layer casting,LC)。将铸锭分为数个甚至数十个浇包逐次间隔浇注,使每包次浇入的金属液依次、逐层凝固,从而达到降低铸锭中宏观偏析的目的。采用实验与数值模拟相结合的手段验证该工艺的可行性和适用性。分别采用传统铸造工艺和层状铸造工艺制备Al-4.0%Cu (质量分数)小铸锭,采用直读光谱仪测量铸锭中心截面处Cu含量并绘制出对应的宏观偏析图。实验结果表明：采用传统铸造工艺制备的铸锭出现明显的宏观偏析,包括铸锭底部严重的负偏析和顶部正偏析;而采用层状铸造工艺制备的铸锭没有出现大范围严重的宏观偏析,铸锭中心线上最小负偏析和最大正偏析分别降低了24.6%和77.2%,说明层状铸造工艺可一定程度改善铸锭宏观偏析。同时,采用柱状晶-等轴晶混合三相凝固模型对100和13 t钢锭的传统铸造工艺以及层状铸造工艺的宏观偏析的形成进行数值模拟预测。模拟结果表明：采用层状铸造工艺可有效改善大型钢锭中的宏观偏析,并且随着钢锭尺寸的增大,该工艺对宏观偏析的改善效果愈加明显。并对层状铸造工艺抑制宏观偏析的作用机理进行了分析。

基金资助:国家重点研发计划项目No.2017YFB0305300,国家自然科学基金钢铁联合基金重点项目No.U1660203,国家自然科学基金项目No.51404152和上海市浦江人才支持计划项目No.14PJ1404800
作者简介:
作者简介 李 军,男,1984年生,博士
引用本文:
李军, 王军格, 任凤丽, 葛鸿浩, 胡侨丹, 夏明许, 李建国. 基于成分均匀化的层状铸造方法的实验与模拟研究[J]. 金属学报, 2018, 54(1): 118-128.       
Jun LI, Junge WANG, Fengli REN, Honghao GE, Qiaodan HU, Mingxu XIA, Jianguo LI. Experimental and Numerical Simulation Study on Layer Casting Method for Composition Homogeneityon Ingot Casting. Acta Metall, 2018, 54(1): 118-128.