ANSYS上引连铸铜镁合金杆温度场模拟研究(4)
1.3.3.合金杆裂纹分析及对策
在上引连铸生产铜镁合金过程中，裂纹是最容易产生的铸造缺陷之一,金属中的裂纹大部分是因为变形的不均匀和变形受到阻碍,产生了很大的应力集中,当应力集中达到了理论强度将萌生裂纹,同时,固态合金冷却效果不均匀,极易造成热应力集中,达到一定程度导致裂纹的出现。铜镁合金铸杆裂纹的产生的因素更多,比如:(1)杂质元素偏高或者铸造过程中吸氧严重氧含量偏高,结晶组织中出现低熔点物[5];(2)结晶器冷却效果差造成温度波动大,上引速度过慢及节距偏长等不合理工艺;(3)结晶器内石墨导管使用时间过长及质量差,造成表面不光滑。裂纹的产生将造成整盘铸杆的报废,通过观察图5中产生裂纹杆的石墨导管,我们发现因石墨导管使用时间过长及致密度较差造成了石墨导管的局部损伤,进而造成在上引连铸过程中金属流动受阻应力集中,及散热效果变差温度波动较大热应力集中造成裂纹的萌生。基于此采取严格把关石墨导管的质量及安装操作规范,工艺改善后,多次上引连铸引杆生产无裂纹杆出现,取得很好的效果。
1.4连铸过程中温度场数值模拟
1.4.1导热方程
1铸坯传热过程的计算假设[6][7]
1)铸坯的传热计算视为一文非稳态导热，忽略沿铸坯移动方向上的传热；
2)液态金属均一，不考虑其内部的传热；
3)忽略振动对凝固过程传热的影响；
4)铸坯几何对称面的传热相同，计算区域可做几何对称处理；
5)铜的热物性参数与温度相关，与空间位置无关。
2凝固传热微分方程
在上述假设条件的基础之上，根据能量守恒原理推导出传热方程[8]如下：
……………………………………………（1.1）
式(1.1)中：T为温度，K；t为时间，s；z为坐标，m；C为金属比热容，J／(kg•K)；
为金属导热系数，W／(m•K)。 为金属密度，kg／m3；
上式就是凝固传热的基本微分方程，又称热传播方程。利用它们来解铸锭凝固过程的传热问题，还需根据具体铸锭方法和工艺条件，确定适当的初始条件和边界条件来求解