焊接用C65600铜合金上引连铸数值模拟与工艺参数优化

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C65600(CuSi3Mn)是一种性能优越的异种金属焊接材料,但由于其固液相线宽,对生产工艺参数控制要求严格,对实际的上引连铸生产带来了困难。计算机数值模拟技术可以不受现场工艺条件限制,它输入信息简单,输出结果广泛的特点使数值模拟技术密切地参与到改进生产工艺技术的实践中。本文以焊接用铜合金C65600的上引连铸过程为模拟对象,根据材料成分结合铸造模拟仿真软件ProCast的热力学模型,建立计算了C65600合金高温热物性、力学性能数据库。建立了合金上引连铸过程三维传热数学模型,弹塑性本构方程及枝晶生长模型,利用有限元方法进行了热-流动及热-力耦合求解。利用MiLE法及C语言二次开发进行模拟计算,研究了各种工艺参数对温度及应力的影响来判断对铸坯质量的影响,为控制铸坯质量提供依据。研究结果表明:(1)铸坯上引温度越高,铸坯中心在相同位置上的温度越高,铸坯凝固起始位置距离结晶器入口越远,液相穴长度越长,糊状区长度则因二冷区强冷却作用基本保持不变,起始位置远离结晶器入口;连铸速度对铸坯中心液相温度、凝固分布及糊状区状态的影响相同且更明显,同时糊状区长度随着液相穴长度的增长而增长,糊状区整体位置上移。(2)上引温度升高,铸坯各部分等效应力下降;连铸速度升高,铸坯表面等效应力升高,其他部分等效应力减小。上引温度对凝固铸坯表面等效应力的影响较小。上引温度和连铸速度上升时铸坯气隙高度下降,上引温度对气隙的影响较小,随上引温度的升高气隙高度降低;连铸速度对气隙影响较明显,随连铸速度的增大气隙高度减小。(3)增大上引温度或平均过冷度,上引连铸坯中心等轴晶率降低,平均晶粒尺寸增大;增大形核密度、一冷区长度及连铸速度,会提高中心等轴晶率,降低平均晶粒尺寸。(4)综合计算结果,得到优化后的工艺参数范围:建议Si含量3wt%,Mn含量1.2wt%,上引速度3mm/s-5mm/s,上引温度1040℃-1140℃,一冷区长度47mm-70mm。采用优化后工艺,成功生产出了合格的C65600上引连铸坯。表面无裂纹、鼓肚、划痕等缺陷,内部质量良好,满足生产需求。
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