专利汇可以提供基于高通量实验的大铸锭凝固组织的热模拟方法及装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且基于高通量实验的大 铸锭 凝固 组织的热模拟方法及装置,方法是通过改变冷却条件再现大铸锭凝固过程中不同区域的 温度 梯度及冷却速率获取大铸件内部不同区域的凝固组织和溶质分布情况。装置有外部炉体和盖在外部炉体顶部的 炉盖 ,炉盖上设置有用于充气或放气的放气 阀 ,外部炉体内通过保温槽设置有若干个独立的内部装有金属原料的熔炼室,外部炉体通过2个以上的 支架 固定设置在旋转盘上,旋转盘由 电机 驱动旋转,旋转盘通过位于底面中心的旋 转轴 连接固定底盘。本 发明 利用几十公斤小铸锭的凝固实验再现了几百吨铸锭的凝固过程,大大降低了研究成本。本发明可同时完成九个模拟单元的热模拟实验,大大提高了实验效率,为大铸件的均质化提供依据和参考。,下面是基于高通量实验的大铸锭凝固组织的热模拟方法及装置专利的具体信息内容。
1.一种基于高通量实验的大铸锭凝固组织的热模拟方法,是通过改变冷却条件再现大铸锭凝固过程中不同区域的温度梯度以及冷却速率获取大铸件内部不同区域的凝固组织和溶质分布情况;其特征在于,包括如下步骤:
1)采用数值模拟的方法获取大铸锭凝固过程中不同位置的温度随时间变化的曲线及流速随时间变化的曲线;
2)将大铸锭分解成若干个长方体形状的模拟单元(A);
3)分别在同一高度同一放射线方向上选择一个以上的具有代表性凝固特征的模拟单元(A);
4)以大铸锭浇注开始直至铸锭凝固完成整个过程中不同位置的温度随时间变化的曲线及流速随时间变化的曲线作为对应位置模拟单元(A)的控制条件;
5)以数值模拟结果中的不同位置的温度随时间变化的曲线及流速随时间变化的曲线作为相应模拟单元(A)的控制条件,分别获取步骤3)所述长方体形状的模拟单元(A)的四个周面的中心点(a1、a2、a3、a4),找到每个中心点(a1、a2、a3、a4)的坐标;从步骤1)所述的数值模拟结果中找出每个模拟单元(A)的四个中心点(a1、a2、a3、a4)所对应的温度随时间变化的冷却曲线和流动速率随时间的变化曲线,在长方体形状的模拟单元(A)的上下端面分别设置绝热层;
6)通过能够旋转的内部放有刚玉坩埚的炉体进行热模拟实验,包括:
(1)计算长方体形状的模拟单元(A)的体积及凝固后钢锭的质量;
(2)将与所述模拟单元(A)等质量的原料经喷丸处理,去除表面的氧化层后放入内腔尺寸与长方体形状的模拟单元(A)尺寸相同的刚玉坩埚中;
(3)关闭炉盖,开启真空泵,开始抽真空,极限真空低于10Pa后,通入氩气保护;
(4)开始加热,加热至所述原料的液相线以上30-50℃,保温30分钟;
(5)开始冷却,启动旋转装置使炉体按设定角度旋转,冷却过程中的控温曲线为第(1)步所述的模拟单元(A)的四个中心点(a1、a2、a3、a4)的温度随时间变化的曲线;
(6)待炉体冷却至室温后,打开放气阀,开启炉盖,将试样模拟单元取出,并分割成数个尺寸较小的金相试样,经过预磨、抛光后,用相应腐蚀剂进行腐蚀后,利用金相显微镜观察金相组织,测量晶粒及枝晶尺寸,用光谱或者能谱的方法检测元素分布及致密度,并进行结果统计。
2.根据权利要求1所述的基于高通量实验的大铸锭凝固组织的热模拟方法,其特征在于,步骤1)是采用有限元数值模拟软件,建立大铸锭的三维几何模型,进行网格划分,网格尺寸在1mm~10mm范围内,设定初始条件和边界条件,包括浇注温度、浇注时间和换热条件,设置完成计算条件,计算大铸锭浇注开始直至铸锭凝固完成整个过程中流场和温度场的分布,并绘出不同位置的温度随时间变化的曲线及流速随时间变化的曲线。
3.根据权利要求1所述的基于高通量实验的大铸锭凝固组织的热模拟方法,其特征在于,步骤2)是将大铸锭锭身部分沿高度方向等分成若干层,对于每一层,以中心轴线为放射线(B)的起点,分别沿各放射线(B)方向分解成若干个首尾相连尺寸为(10~200mm)×(10~
100mm)×(50~200mm)的长方体作为模拟单元(A)。
4.根据权利要求1所述的基于高通量实验的大铸锭凝固组织的热模拟方法,其特征在于,步骤6)所述旋转装置的旋转角速度是按照钢液的流速进行换算得到。
5.一种实现权利要求1所述的基于高通量实验的大铸锭凝固组织的热模拟方法的热模拟装置,包括有外部炉体(1)和盖在所述外部炉体(1)顶部的炉盖(2),其特征在于,所述炉盖(2)上设置有用于充气或放气的放气阀(12),所述的外部炉体(1)内通过保温槽(3)设置有若干个独立的内部装有金属原料(5)用于进行热模拟实验的熔炼室(4),所述外部炉体(1)通过2个以上的支架(6)固定设置在旋转盘(7)上,所述的旋转盘(7)由电机(8)驱动旋转,所述旋转盘(7)通过位于底面中心的旋转轴(9)连接固定底盘(10)。
6.根据权利要求5所述的热模拟装置,其特征在于,所述旋转盘(7)与所述旋转轴(9)的上端为固定连接,所述旋转轴(9)的下端与所述的固定底盘(10)的中心是通过轴承连接。
7.根据权利要求5所述的热模拟装置,其特征在于,所述的熔炼室(4)包括有由氧化镁砖材料构成的室体(4.1)和盖在所述室体(4.1)上端口的由石墨碳毡材料构成的上盖(4.2),所述室体(4.1)的内侧壁和内底部均设置有一层石墨碳毡层(4.3),具有石墨碳毡层(4.3)的室体(4.1)的室内构成热模拟室(4.17),所述热模拟室(4.17)在工作状态下为真空状,所述热模拟室(4.17)底部的石墨碳毡层(4.3)上设置有能够在外力的作用下向上移动的基座(4.4),所述基座(4.4)的上端形成有凹槽,所述的凹槽内嵌入石墨套桶(4.5)的底部,所述石墨套桶(4.5)的内侧设置有刚玉坩锅(4.6),所述刚玉坩锅(4.6)内形成有用于装入金属原料(5)的长方体空间,所述热模拟室(4.17)的侧壁上设置有与所述刚玉坩锅(4.6)的四个内侧面相对应的四组用于对室体(4.1)内的空气进行加热的石墨电极(4.7),每相邻的两组石墨电极(4.7)之间通过钼板(4.8)相隔离,从而形成四个独立的加热空间,所述室体(4.1)的底部和位于底部的石墨碳毡层(4.3)上轴向形成有用于插入推动所述基座(4.5)向上移动的推杆的推杆贯通孔(4.13),所述室体(4.1)外侧设置有连接外部电源的四组铜电极(4.15),所述四组铜电极(4.15)通过导线分别对应连接四组所述的石墨电极(4.7),对应每一组所述的石墨电极(4.7)都设置有一个一端与外部控制单元相连,另一端依次贯穿室体(4.1)、石墨碳毡层(4.3)以及石墨电极(4.7)的热电偶(4.16),用于采集热模拟室(4.17)内的温度。
8.根据权利要求7所述的热模拟装置,其特征在于,所述的石墨套桶(4.5)和刚玉坩锅(4.6)之间形成有5~10mm的间隙,所述间隙内填充有用于隔热的镁砂(4.9)。
9.根据权利要求7所述的热模拟装置,其特征在于,所述的热模拟室(4.17)内位于上盖(4.2)的下端面设置有石墨碳毡隔热盖(4.10),所述石墨碳毡隔热盖(4.10)和上盖(4.2)沿轴向形成有用于观察内部状态的观察口(4.11),所述的观察口(4.11)上设置有用于密封的观察盖(4.12)。
10.根据权利要求7所述的热模拟装置,其特征在于,所述热模拟室(4.17)的底部设置有用于向上推动所述基座(4.5)移动的推台(4.14),所述推台(4.14)的底部与从所述推杆贯通孔(4.13)插入的推杆固定连接。
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