论文部分内容阅读
铝合金锭坯半连铸引入超声物理场,可以细化晶粒、改善组织、减少铸造缺陷和提高材料的性能,是目前铸造领域的研究热点和未来铸造技术的一个发展方向。本文主要对有超声场引入的铝合金锭坯半连铸宏观场耦合进行了数学模拟。主要的研究工作和结论如下：1.建立了铝合金锭坯超声半连铸宏观物理场耦合的数学模型。通过在低雷诺数形式的湍流控制方程中添加声流驱动力源项的方式,将声场、流场和温度场联系了起来。合理地考虑了物理场的边界条件和材料的物性参数。2.建立了铝合金铸造用超声振动系统包含压电与结构耦合、结构振动与声流场耦合的动力学计算模型,求解得到了振动系统的输出振幅与输入电压的关系。利用FLUENT软件中的用户自定义函数(UDS)功能写入声场控制方程,进而求解得到了300mm圆锭液穴中的声场分布。3.针对铝合金1320×500mm扁锭超声半连铸,建立了基于宏观场耦合数学模型的三维计算模型,提出了相应的计算方案和计算流程。利用FLUENT及用户自定义程序(UDF)、用户自定义函数(UDS)相结合的方式实现了有超声引入的多场耦合模拟分析,得到了声场、流场和温度场的分布规律。模拟结果显示,当辐射头端面振幅为10μm时,合适的声波频率在15～20kHz之间；当声波频率为20kHz时,合适的辐射头端面振幅在10～15μm之间。4.根据数值模拟结果,对7050铝合金1320×500mm扁锭进行了超声半连铸实验。实验结果显示,超声的引入可显著地减小锭坯的晶粒尺寸,晶粒尺寸分布更加均匀；促进了枝状晶向等轴晶的转化。根据数学模拟和实验研究结果,超声细晶的机理可从声场的引入加强了铝熔体的流动和减小了铝熔体的温度梯度两方面进行解释。其中,图30幅,表1个,参考文献73篇。