汽车用5182铝合金双辊连续铸轧温度场模拟
铝合金双辊铸轧铸嘴内部熔体流动数值模拟及对表面质量的影响
铝合金的广泛的用途，使得对箔材质量的要求进一步提高，尤其是表面质量，这就要求其的铝合金的铸轧带坯也要提高其表面质量．这样才能保证铝箔的表面质量．要求在铸轧带坯在其生产过程中，要对其工艺参数进行严格调控．也要求对铸轧的设备和部件，尤其是铸嘴的结构进行合理的设计和改进，使其铝熔体在出口处的速度趋于均匀、温度趋于一致，这对提高铸轧板坯的质量，对后期减少铝箔生产中的表面的缺陷具有重要的生产价值［１－３］．本研究利用有限差分的ＳＯＬＡ－ＶＯＦ法，对铸嘴的结构进行数值模拟，研究了双辊铸轧铝合金的铸嘴结构对铝液流场及温度场分布的影响，优化其铸嘴内部的结构，使其优化为了三级分配的铸嘴，并对生产的板带坯质量进行了比较和分析．1铸嘴内部熔体流动数值模拟１．１铸嘴型腔流场的三维数学模型铝液在铸嘴中流动的过程，是非稳态流动，且具有自由表面粘性，采用有限差分ＳＯＬＡ－ＶＯＦ法对铝液在流动过程的温度和速度进行数值模拟．建立如下的流动模型：连续方程：鄣μ＋鄣ｖ＋鄣ｗ＝０（１）动量方程：鄣ｕ鄣ｔ＋ｕ鄣ｕ鄣ｘ＋ｖ鄣ｕ鄣ｙ＋ｗ鄣ｕ鄣ｚ＝－１ρ鄣ｐ鄣ｘ＋ｇｘ＋γ鄣２ｕ＋鄣２ｕ＋鄣２ｕ鄣鄣（２）鄣ｖ鄣ｔ＋ｕ鄣ｖ鄣ｘ＋ｖ鄣ｖ鄣ｙ＋ｗ鄣ｖ鄣ｚ＝－１ρ鄣ｐ鄣ｙ＋ｇｙ＋γ鄣２ｖ＋鄣２ｖ＋鄣２ｖ鄣鄣（３）鄣ｗ＋ｕ鄣ｗ＋ｖ鄣ｗ＋ｗ鄣ｖ＝－１鄣ｐ＋ｇｚ＋γ鄣２ｗ鄣ｘ２＋鄣２ｗ鄣ｙ２＋鄣２ｗ鄣ｚ２鄣鄣（４）式中，ρ为铝液密度；ｐ为压力；γ为动力粘度系数；ｇｘ、ｇｙ、ｇｚ为重力加速度；在ｘｙｚ坐标系中ｕ、ｖ、ｗ为三个方向上的速度矢量．Ｆ函数方程：鄣Ｆ＋ｕ鄣Ｆ＋ｖ鄣Ｆ＋ｗ鄣Ｆ＝０（５）能量方程：鄣Ｔ鄣ｔ＋ｕ鄣Ｔ鄣ｘ＋ｖ鄣Ｔ鄣ｙ＋ｗ鄣Ｔｖ鄣ｚ＝△Ｌ＋α鄣２Ｔ＋鄣２Ｔ＋鄣２Ｔ鄣鄣（６）式中，α＝λ／ρｃｐ，其中，α为热扩散系数，λ为导热系数；ｃｐ为比热容，ΔＬ为凝固潜热．１．２初始条件及边界条件１．２．１入口处初始条件和边界条件确定在实际生产过程中，前液箱中的液面是在一定范围内波动．假定其箱液面的高度是恒定值，势能坐标系建立在辊缝的中心线上，铝液在不同势能的液面高度的流动符合伯努力方程：ｐ０＋ρｇｈ＋１２ρｖ０２＝ｐ１＋ρｇｈ１＋１２ρｖ１２（７）以铸嘴接口处与前箱的铝液为分析对象．前箱铝液的液面的压力ｐ０为大气压，此时忽略铝液的液面波动，其为恒定值，取其速度ｖ０为０，在该势能坐标系中，ｈ０＝Ｈ；ｖ１为流动速度；ｐ１为流动处的压力．铝液进入铸嘴的入口初始条件设为恒定值，即其具有恒定入口速率，或者是恒定入口压力［４－７］．在前阶段铸轧过程中，铝液进入铸嘴的入口速度，它是由由前箱铝液液面到铸嘴的高度差决定的，其所产生的压力决定了入口速度．当铝液到达并充满铸轧区后，会导致铸嘴内部铝液压力高于大气压，这就促使铸嘴入口处的铝液速度发生了变化，使流场区铝液依靠这个恒定的压力使其流动．铸嘴故此时，取铸嘴入口铝液压力的模拟数值取为ｐ１．铝液在铸嘴内部的表面和在铸轧辊面表面时，其铝液边界假设无滑移，界面的流体的速度设为０．１．２．２流动区域选取在实际生产工艺中，铝液流经铸嘴（铸嘴结构简图如图铝合金双辊铸轧铸嘴内部熔体流动数值模拟及对表面质量的影响郭彦宏，王金辉，李戬（青海大学机械工程学院，青海西宁810016）摘要：利用有限差分的SOLA-VOF 法，建立了三维温度场和流场的模型，在相同的条件下，数值模拟了一级和三级结构的铸嘴内部结构对铝液的流动温度和速度分布的影响.并通过试验得以验证，其结果表明采用优化的三级分流结构的铸嘴内部，使铝液的温度和速度分布更加均匀，改善了铸轧坯料的表面质量，使得后期生产铝箔的表面暗纹减少，提高了质量.关键词：铝合金；铸嘴；数值模拟；表面质量中图分类号：ＴＧ２７文献标识码：A文章编号：1673-260X （2012）08-0060-02Vol.28No.8Aug.2012赤峰学院学报（自然科学版）Journal of Chifeng University （Natural Science Edition ）第28卷第8期（下）2012年8月６０－－１所示），然后到达铸轧区，通过轧辊完成铸轧的过程．在实际模拟过程中，流动区选为铸轧区和铸嘴之间，在这个范围内观察铝液的温度、流动场的分布规律．2数值模拟结果分析及试验验证２．１数值模拟结果分析图２为铝液在铸嘴内部温度场模拟结果，其结构为图１所示的一级分流结构，设定为上述的初始条件．从图２中可以看出，铝液在铸嘴内部中间部分的温度高于边界部分，在中间部分的温度为６９７℃左右，高出边部大约１０℃左右．其结果表明，在这种一级分流结构的铝液温度分布不均匀，这是由于铝液在铸嘴内部的速度不均匀造成的，其就表明中间铝液的流速较大，而边界部分的流速较小．与模拟条件相似的情况下，其铸轧实验结果如图２（ｃ）所示，从中可以看出，在实际生产过程中，由于铸嘴内部温度和速度不均匀，使得铝液在铸轧结晶时，产生了偏析，在铝板上形成明显的条纹，在用其生产的铝箔中最终也表现为明暗条纹和其它一些纵向条纹．试验结果表明其模拟结果的具有一定的可信性．由于在整个模拟过程中，假设与铝液周围的接触介质均为保温材料，而在实际生产过程中铝液与轧辊之间存在热传导现象，因此模拟温度高于实际生产工艺，但铸嘴的温度的分布规律与模拟的是一致的．为了获得一个温度分布均匀，速度一致的流场，优化了铸嘴内部的分流结构，将原有铸嘴内部的分流块的位置和形状做了调整，形成一个简单的三级分流结构．在相同的初始条件下进一步进行了温度场和流场的模拟．其结果表明，这种三级分流结构的铸嘴内部的温度场和流场的分布较为均匀．２．２试验验证图２（ｂ）是经过优化的三级铸嘴结构的温度分布规律．从图２（ｂ）中可以看出，铸嘴内部温度分布较为均匀，在中间与边界的温度差小于２℃．由此可见，这种三级分流结构的铸嘴内部的温度均匀，流动速度趋于一致．尤其要指出的是，在铸轧区垂直于铸轧方向上，铝液温度均匀，这十分有利于其铸轧结晶成形．图２（ｄ）是优化后的三级分流结构的铸嘴工艺试验结果，从中可以看出，采用这种优化的三级分流结构的铸嘴制备出的铸轧板坯的质量良好，表面没有明暗条纹，为后续制备表面质量优良的铝箔轧制奠定了良好的基础．同时也验证模拟结果，以及依靠模拟优化的结构的可靠性．3结论在铝合金铸轧工艺中，利用计算机数值模拟的方法，可以根据结果，优化铸嘴内部结构，从而使铝液在铸嘴内部的温度和速度分布均匀化，有利的提高了铝合金铸轧的质量，因而使后期的铝箔生产奠定了基础，对指导实际生产工艺，提高产品质量具有一定的指导意义．———————————————————参考文献：〔1〕王波，张捷宇，张胤，等.双辊薄带连铸过程数学物理模拟研究[J].内蒙古科技大学学报，2008(01).〔2〕张纬栋，任三兵，杜锋，等.双辊薄带连铸布流系统研究[J].过程工程学报，2009(S1).〔3〕陈守东，陈敬超，吕连灏.双辊连续铸轧纯铝薄带凝固微观组织模拟及验证.航空材料学报，2012(03).〔4〕彭成章，胡忠举，黄明辉.铝熔体在铸嘴型腔中的传热及凝固现象分析[J].中南工业大学学报(自然科学版)，2003，34(1)：70-73.〔5〕周英，黄明辉，钟掘.铝铸轧流场有限元模拟计算方案合理性的探讨[J].中国有色铝合金学报，2005，15(7)：1100-1106.〔6〕邓圭玲，段吉安，钟掘.双辊铸轧铸嘴内部铝液流动的三维数值仿真[J].中南大学学报(自然科学版)，2005，36(4)：615-620.〔7〕SARIOGLUK ，YILDIZBAYRAKG ，DUNDARM.Comput ersimul at ion of metal feeding used in twin roll casting[A].LightMet als 2000[C].Warren Dale ：TMS ，2000.图１铸嘴结构简图图２模拟、实验结果ａ优化前模拟效果ｂ优化分流结构铸嘴模拟效果ｃ未优化前实验结果ｄ优化后实验结果６１－－。
铝双辊连续铸轧凝固微观组织的数值模拟
铝双辊连续铸轧凝固微观组织的数值模拟陈守东;陈敬超【期刊名称】《中国有色金属学报（英文版）》【年(卷),期】2012(022)006【摘要】Based on the research on the solidification of twin-roll continuous casting aluminum thin strip,the analytical model of heterogeneous nucleation,the growth kinetics of tip (KGT) and columnar dendrite transformation to equiaxed dendrite (CET) of twin-roll continuous casting aluminum thin strip solidification was established by means of the principle of metal solidification and modern computer emulational technology.Meantime,based on the cellular automaton,the emulational model of twin-roll continuous casting aluminum thin strip solidification was established.The foundation for the emulational simulation of twin-roll casting thin strip solidification structure was laid.Meanwhile,the mathematical simulation feasibility was eonfirmed by using the solidification process of twin-roll continuous casting aluminum thin strip.%在研究双辊连铸纯铝薄带凝固过程的基础上,基于金属凝固的基本原理,并运用现代计算机仿真技术建立双辊连续铸轧纯铝薄带凝固的异质形核,枝晶尖端的生长动力学(KGT),柱状晶向等轴晶生长的转变(CET)的解析模型;建立基于元胞自动机(CA)的双辊连铸纯铝薄带凝固组织的仿真模型,为双辊连铸薄带凝固组织的仿真模拟奠定基础,从而为双辊薄带连铸工艺提供一定的理论指导.同时,利用双辊薄带连续铸轧纯铝凝固微观组织过程验证数学模拟的可行性.【总页数】5页(P1452-1456)【作者】陈守东;陈敬超【作者单位】昆明理工大学稀贵及有色金属先进材料教育部重点实验室,昆明650093;云南省新材料制备与加工重点实验室,昆明 650093;昆明理工大学稀贵及有色金属先进材料教育部重点实验室,昆明 650093;云南省新材料制备与加工重点实验室,昆明 650093【正文语种】中文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
5182铝合金的铸轧研究
２０１
１年全国铝及镁合金熔铸技术交流会论文集
・１３５・
然而，冷轧后的带材，上、下凝固层交界面之间没有产生裂纹。
表３ １８０。充分弯曲情况下与图８对应的Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四种典型试件
上表面
３ｒａｍ
下表面
ａ＿毛坯铝带横截面微观结构 上表面
３ｍｍ
下表面
ｂ一在４５０℃３ｈ退火条件下，毛坯铝带横截面微观结构 上表面ｌｍｍ 下表面
摘要：采用双辊异径铸轧机和立式高速双辊铸轧机，并配合无需润滑的低碳钢辊套高速生产５１８２ 铝合金带材。结果表明，立式高速双辊铸轧机可以有效地生产５１８２铝合金，其铸轧速度较传统铸 轧机速度高１０倍，低碳钢辊套无润滑情况下生产５１８２铝合金也不粘辊，可使铝合金薄带材的生产 成本大大降低。 关键词：铸轧；双辊铸轧机；５１８２铝合金；带材
外，采用高速铸轧机，铝合金带材的成本可进一步降低。 在本研究中，对两种高速双辊铸轧机生产５１８２铝合金的能力进行了研究：一种是异径双 辊铸轧机，另一种是立式高速双辊铸轧机。在以往高速双辊铸轧机的研究中，为了提高轧制速 度采用过铜辊套。本研究用低碳钢做辊套，代替铜辊套以降低成本。同时，对高速双辊铸轧机 生产的５１８２铝带的表面状态，微观结构和抗弯能力也进行了研究。
力并不太大，因此，辊套采用了低碳钢。为了使辊套迅速冷却，其壁厚仅６ ｒａｉｎ。良好的导热性和 薄壁辊套，进一步提高了铸轧速度。图２是ＵＤＴＲＣ的侧视照片和ＶＨＳＴＲＣ的运行照片。
ａ＿异径双辊铸轧机
ｂ一生产中５１８２铝合金的立式高速
双辊铸轧机。铸轧速度６０ｍ／ｒａｉｎ
图２双辊铸轧机的照片
３
试验条件
试验条件显示在表ｌ和表２中，ＵＤＴＲＣ的铸轧速度是３０ ｍ／ｍｉｎ，ＶＨＳＴＲＣ是６０ ｍ／ｍｉｎ，并
ZL201铝合金铸件凝固过程温度场的有限元模拟
ZL201铝合金铸件凝固过程温度场的有限元模拟
刘广君
【期刊名称】《铸造技术》
【年(卷),期】2011(32)1
【摘要】以矩形ZL201铝合金铸件压力铸造为例,对凝固过程进行了合理的假设和简化,利用有限元方法,对铸造凝固过程温度场宏观变化进行了模拟计算,获得了铸型与铸件在凝固过程中的温度分布规律。
在凝固过程中,铸件温度一直呈下降趋势,铸型温度的变化趋势是先升高后降低。
计算结果表明,三维温度场的数值模拟能够反映铸件冷却过程温度场的动态变化,为提高铸件质量、确定凝固时间和优化工艺参数提供了参考。
【总页数】5页(P67-71)
【关键词】凝固;温度场;铝合金;数值模拟;有限元法
【作者】刘广君
【作者单位】北方民族大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG244
【相关文献】
1.铸件凝固过程中温度场的数值模拟 [J], 赵鑫;温泽峰;金学松
2.铝合金压铸件凝固过程中的瞬态温度场分析 [J], 传海军;黄晓锋;毛祖莉;曹喜娟
3.基于ANSYS的铝合金铸件凝固过程温度场的数值模拟 [J], 牛晓武
4.铝合金铸件凝固过程的有限元数值模拟研究 [J], 尤江;王承志;安晓卫;孟宪嘉
5.基于ANSYS的铸件凝固过程瞬态温度场的有限元数值模拟 [J], 王振军
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
汽车用5182铝合金板温冲压实验研究及数值模拟
汽车用5182铝合金板温冲压实验研究及数值模拟陈婕尔;王孟君;杨刚;周威;李光耀【摘要】以5182铝合金板本构方程为基础,采用ABAQUS有限元模拟软件对5182铝合金板温冲压过程进行数值模拟,研究冲压温度和冲压速度等工艺因素对板材成形性能的影响；通过温冲压实验探讨5182铝合金板在不同冲压温度、冲压速度下的极限拉深比(LDR).实验及模拟结果表明:冲压速度为0.1 mm/s时,合金的LDR值并非随着温度的升高而单调增加；冲压温度为523 K时,随着冲压速度的增加,LDR值逐渐降低;5182铝合金板的冲压性能主要受变形过程中板材的温度梯度与应变速率的影响；模拟结果与实验结果具有良好的一致性.%Based on the constitutive equation of 5182 aluminum alloy, the influence of process parameters, such as drawing temperature and stamping speed, was investigated by ABAQUS soft during the numerical simulation. By warm stamping experiment, the limiting drawing ratio (LDR) value of 5182 aluminum alloy sheet at different stamping temperatures and stamping speeds was obtained. The experimental and simulation results show that the LDR value of 5182 aluminum alloy does not increase with the raise of forming temperature monotonously when the drawing speed is 0.1 mm/s. LDR value decreases with the increase of stamping speed ,when the forming temperature is 523 K. The drawing property of 5182 aluminum alloy is mainly affected by the temperature gradient and strain rate in the deformation process. The simulation results fit well with the experimental ones.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2012(022)012【总页数】6页(P3342-3347)【关键词】5182铝合金;温冲压;极限拉伸化;数值模拟【作者】陈婕尔;王孟君;杨刚;周威;李光耀【作者单位】湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082【正文语种】中文【中图分类】TG386.3随着汽车工业的快速发展，环境污染与能源短缺已经成为社会日益凸出的问题。
汽车用5182铝合金板温冲压实验研究及数值模拟
第２ ２卷第 １ ２ 期
、 ， ０ １ ． ２ ２ ＮＯ ． １ ２
中 国有 色 金 属 学 报
Ｔｈ ｅ Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｊ ｏ ｕｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎｏ ｎ ｆ ｅ ｒ ｒ ｏ ｕ ｓ Ｍｅ ｔ ａ ｌ ｓ
２ ０ １ ２ 年 ｌ ２月
Ｄｅ ｃ ． ２ ０ｌ ２
表１ ５ １ ８ ２铝合金化 学成 分
Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ５ １ ８ ２ ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕ ｍ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ
第２ ２卷 第 １ ２期
陈婕 尔 ，等 ：汽车 用 ５ １ ８ ２铝合 金板 温冲 压 实验研 究 及数值 模拟
３ ３ ４ ３
系） 和 Ａ１ ． Ｍｇ ． Ｓ ｉ （ ６ ０ ０ ０系） 三大系列上Ｌ ５ 】 。热处理不可强
化的 ５ ０ ０ ０系铝合金 由于其强度 、 成形性和抗腐蚀性等 方面具有普碳钢板 的优 点，能用于汽车 内板等形状 复
０ ． １ ｍｍ／ ｓ ．ＬＤＲ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｓ ｔ ａ ｍｐ ｉ ｎ ｇ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ， ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ５ ２ ３ Ｋ．Ｔ ｈ ｅ
双辊铸轧薄带钢温度场的有限元数值模拟
＋ ｙ ＋ ＝ ｃ 磐 走 。 。 ＝ ｔ 詈＝ａｇ ｑ ｏ
式中 ａ ＝ ／ ，ｌ 密度 ，ｃ 比热 ＝ 走 Ｄ为 ＝ 为 日 — 内热 源 强 度 —
（ １ ）
在 液 相 区及 两 相 区 ，取 走 ＝ 走 一 走 ＝ ・ 走，
一 ４～ ７。
采 用 四 节 点 线 性 等 参 单 元 ，并 将 温 度 对 时 间 的
内钢 液 温 度 场 ；文 献 Ｉ ］ 利 用 ＡＮＳ － ４ ＹＳ有 限元 做 了 双 辊 铸 轧 薄 带 钢 熔池 内三 维 的 流热 耦 合 的数 值 模 拟 ； 文 献 ｒ ］ 用有 限 差 分 法 分 析 了 双 辊 铸 轧 薄 带 工 艺 热 － ｓ 传 输 过 程 ， 建 立 了 二 维 热 流 模 型 ；文 献 Ｅ ］ 利 用 ６
二 维 流 热 耦 合 模 拟 ，并 做 出 了 分 析 和 比 较 ； 文 献
１ ）认 为 侧 封 板 绝 热 性 能 良好 ，钢 水 的 热 量 由两 个 铸 辊 带 走 ， 因 此 将 传 热 问题 简 化 为 二 维 来 处 理 ；
２ 因 塑 性 变 形 热 与 金 属 液 本 身 带 入 的 热 量 相 比 ） 数 量 级 很 小 ，将 其 忽 略 不 计 ； ３ 几 何 对 称 面 的 两 侧 温 度 对 称 分 布 ，在 对 称 面 ） 上 没 有 热 量 交 换 ，所 以可 取 熔 池 断 面 的 １ ２作 为 研 ／ 究 对象 ； ４ 在 计 算 的温 度 区 间 内密 度 、 比热 为 常 数 ； ） ５ 不 考 虑 液 相 区 的 回流 。 ） 在 固相 区 ，假 设 ３、 Ｙ两 方 向 上 的 导 热 系 数 相 ２ 同 走 一 走 一走 ＝走 ，且 走为 常数 ，则 得 到 含 内热 源 的 热传导基本方 程 ２０ ０ ２年 ９月
不同变形量5182-O_铝合金汽车板PLC_效应表现和吕德斯带演变
精 密 成 形 工 程第15卷 第12期50 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2023年12月收稿日期：2023-09-08 Received ：2023-09-08基金项目：山东省重点研发项目（2021SFGC1001）Fund ：Key Research and Development Project of Shandong Province(2021SFGC1001) 引文格式：麻慧琳, 吴万东, 徐志远, 等. 不同变形量5182-O 铝合金汽车板PLC 效应表现和吕德斯带演变[J]. 精密成形工程, 2023, 15(12): 50-57.MA Hui-lin, WU Wan-dong, XU Zhi-yuan, et al. PLC Effect and Luders Band Performance of 5182-O Aluminum Alloy Automo-tive Plate under Different Deformation[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2023, 15(12): 50-57. *通信作者（Corresponding author ） 不同变形量5182-O 铝合金汽车板PLC效应表现和吕德斯带演变麻慧琳，吴万东*，徐志远，杨立民，刘明诏，王磊（山东南山铝业股份有限公司 国家铝合金压力加工工程技术研究中心，山东 烟台 265700） 摘要：目的 系统研究变形量对5182-O 合金吕德斯效应、PLC 效应和吕德斯带演变的影响，为提高汽车用5182-O 合金冲压零件表面质量、扩大其应用范围奠定理论基础。
方法 采用透射电子显微镜（TEM ）、拓扑仪和万能拉伸试验机等手段表征变形时材料的位错演变、局部变形带形成、宏观形貌演变规律等。
结果 当材料变形量较小时，位错密度较低，呈现随机散布状态，随着变形量的增大，位错快速增殖且密度迅速增大，位错相互缠结，当材料变形发展至PLC 效应临界区时，逐渐演变形成小范围位错塞积群，当材料变形发展至PLC 效应深入发展区时，最终演变形成大范围位错塞积群和林位错墙，而与之相对应的材料表面的宏观形貌演变规律如下：由低变形量时的光滑表面演变为单条变形条带、多条变形条带和最终致密粗糙的变形条带。
《2024年铝合金轮毂低压铸造过程温度场模拟及工艺参数优化》范文
《铝合金轮毂低压铸造过程温度场模拟及工艺参数优化》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，得到了广泛应用。
低压铸造技术作为一种重要的轮毂制造方法，其过程涉及到复杂的物理和化学变化。
因此，对铝合金轮毂低压铸造过程的温度场模拟及工艺参数优化，对提高轮毂质量、降低生产成本具有重要意义。
本文旨在通过模拟和实验手段，探讨铝合金轮毂低压铸造过程中的温度场变化规律，并优化工艺参数。
二、铝合金轮毂低压铸造过程概述铝合金轮毂低压铸造是一种利用模具将熔融的铝合金液体在低压条件下填充并凝固成型的工艺。
其过程包括模具准备、合金熔炼、填充凝固、冷却脱模等步骤。
在铸造过程中，温度场的变化直接影响着轮毂的微观组织和力学性能。
因此，对温度场的模拟和控制是优化铸造工艺的关键。
三、温度场模拟方法及结果分析为了更准确地描述铝合金轮毂低压铸造过程中的温度场变化，本文采用有限元分析方法进行模拟。
通过建立数学模型，描述了铸造过程中熔融铝合金液体的流动、传热和相变等物理过程。
模拟结果表明，在铸造过程中，温度场呈现出明显的时空分布特征。
模具与合金液体的温度梯度决定了轮毂的凝固速度和微观组织结构。
此外，模具的预热温度、合金的熔炼温度以及填充速度等工艺参数对温度场的影响显著。
四、工艺参数优化及实验验证基于模拟结果，本文对铝合金轮毂低压铸造的工艺参数进行了优化。
通过调整模具的预热温度、合金的熔炼温度和填充速度等参数，实现了对温度场的控制。
为了验证优化后的工艺参数的有效性，进行了实际铸造实验。
实验结果表明，优化后的工艺参数能够显著提高轮毂的力学性能和表面质量，降低了废品率。
五、结论本文通过对铝合金轮毂低压铸造过程的温度场模拟及工艺参数优化研究，得出以下结论：1. 铝合金轮毂低压铸造过程中，温度场具有明显的时空分布特征，对轮毂的微观组织和力学性能具有重要影响。
2. 通过有限元分析方法，可以有效地模拟铝合金轮毂低压铸造过程中的温度场变化规律。
《2024年双辊薄带鋳轧熔池流场数值模拟与实验研究》范文
《双辊薄带鋳轧熔池流场数值模拟与实验研究》篇一一、引言双辊薄带鋳轧技术作为一种新型的金属材料加工技术，在工业生产中得到了广泛的应用。
该技术通过两个高速旋转的辊子将熔融金属轧制成薄带材料，具有生产效率高、材料利用率高、产品性能优异等优点。
然而，在双辊薄带鋳轧过程中，熔池流场的稳定性对产品的质量和生产效率有着重要的影响。
因此，对双辊薄带鋳轧熔池流场进行数值模拟与实验研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、双辊薄带鋳轧熔池流场数值模拟1. 模型建立为了研究双辊薄带鋳轧熔池流场的特性，我们建立了相应的数学模型。
该模型考虑了熔融金属的物理性质、辊子转速、轧制压力等因素对熔池流场的影响。
通过引入适当的边界条件和初始条件，建立了描述熔池流场的三维流动模型。
2. 数值方法采用计算流体动力学（CFD）方法对熔池流场进行数值模拟。
通过离散化处理，将连续的流动问题转化为离散的代数问题，并采用适当的数值算法进行求解。
在模拟过程中，我们采用了高精度的离散格式和算法，以保证结果的准确性。
3. 结果分析通过对模拟结果的分析，我们可以得到熔池流场的流动特性、速度分布、压力分布等信息。
这些信息对于优化双辊薄带鋳轧工艺、提高产品质量和生产效率具有重要意义。
三、实验研究为了验证数值模拟结果的准确性，我们进行了实验研究。
通过在实验室条件下模拟双辊薄带鋳轧过程，观察熔池流场的实际流动情况，并与数值模拟结果进行比较。
1. 实验装置实验装置主要包括两个高速旋转的辊子、加热装置、熔融金属供应系统等。
通过调整辊子转速、加热温度等参数，模拟不同的双辊薄带鋳轧工艺条件。
2. 实验方法在实验过程中，我们采用了高速摄像机等设备记录熔池流场的实际流动情况。
通过分析实验数据，我们可以得到熔池流场的实际流动特性、速度分布、压力分布等信息。
3. 结果分析将实验结果与数值模拟结果进行比较，我们可以评估数值模拟的准确性。
通过分析差异原因，我们可以进一步优化数学模型和数值方法，提高模拟结果的精度。
铝带连续铸轧温度场有限元仿真
关键词 ： 带 铝
铸轧
温度场
数 值模 拟
中图分类号 ： Ｇ２ ９ Ｔ ４． ７
文献标识码 ： Ａ
收稿 日期 ：０ １ ０ — ０ ２ １ — ３ １
双辊铸轧是 当今板带生产 中比较热 门的技术 ， 该 技术是 将液 态金 属 直接注 入 两个 逆 向旋 转 、 内部 通有 冷却 水 的铸轧 辊 的组成 的熔 池 中而直 接加 工成
度 的确定 带来 了很 大 的困难 ， 以到 目前为 止 ， 所 双辊
面上 ， 轴沿铸轧方 向， 轴沿厚度方向。 Ｙ 由于采用静 止坐标系，这样可 以使得系统 的传热方程得到很大 的简 化 。 于控制 微元 体 而言 ， 导热传 人 的热量 和 对 除 板带凝固带来的潜热以外 ，还存在由于辊套 （ 沿 方向 ） 和薄带坯 （ 沿 ， 方向 ） Ｙ 的宏观运动所产生的 质量流流经控制单元界面所带人 的热量。
显热需要传导 ， 而且还伴有相变产生 ， 将释放出大量
的结晶潜热 ， 在此将结晶潜热变相处理一下， 将其作 为 内热源处 理 ，这样 可 得 出其 二维 稳 态导 热偏 微分
方 程［ 为 ： 铷】
第一作者 简介 ： 任志 峰 （ ９ １ ， ， １８ 一） 男 太原科技 大学 材
料 科 学 与 工 程 学 院 讲 师 Ｔｌ０ ５ ｅｌ３ １—６ ６ ３ ２ Ｅ ｍ ｉ ９ ３３ ，— ａ ： ｌ
ｒ ｎ ｈｆ ｎ １ ８ ０ ０１ ２ ．ｏ ｅ ｚ ｉ ｇ ９ １ ２ ＠１ ６ ｃ ｒ ｅ ｎ
［ ＋ 等 等
等 卜 ＝（ 警０ ） ２
山 西 冶 金
Ｅ ｍａｌｅｎｘ ２ ． ｒ － ｉ ｊ ｓ＠１６ｃｎ ： ｉ ｙ ｏ
《2024年双辊薄带鋳轧熔池流场数值模拟与实验研究》范文
《双辊薄带鋳轧熔池流场数值模拟与实验研究》篇一一、引言双辊薄带鋳轧是一种新型的金属材料制备技术，它结合了冶金和轧制过程，能够在短时间内完成高质量金属板材的生产。
其中，熔池流场的分布和控制对薄带材料的成型质量具有决定性影响。
本文通过对双辊薄带鋳轧熔池流场进行数值模拟与实验研究，为生产实际中提供更加精准的流场调控方法。
二、研究现状当前国内外对于双辊薄带鋳轧熔池流场的研究主要集中在数值模拟和实验研究两个方面。
数值模拟方面，主要利用计算流体动力学（CFD）技术对熔池流场进行建模和模拟。
实验研究方面，主要关注熔池的流态变化以及不同工艺参数对流场的影响。
但这些研究尚未全面地探讨不同因素对熔池流场的影响及其相互作用机制。
三、数值模拟本文采用计算流体动力学（CFD）技术对双辊薄带鋳轧熔池流场进行数值模拟。
通过建立合理的物理模型和数学模型，设定不同的工艺参数，对熔池流场进行全面的模拟。
通过分析模拟结果，发现熔池流场分布受多种因素影响，包括温度场、速度场、材料性质等。
这些因素之间相互作用，共同影响熔池流场的分布。
四、实验研究为了验证数值模拟结果的准确性，本文进行了实验研究。
通过设计不同的实验方案，改变工艺参数，观察熔池流场的实际变化。
实验结果表明，熔池流场的分布与数值模拟结果基本一致，证明了数值模拟的有效性。
同时，实验还发现了一些新的现象和规律，为进一步优化工艺参数提供了依据。
五、结果与讨论根据数值模拟和实验研究的结果，我们发现双辊薄带鋳轧熔池流场的分布受多种因素影响。
温度场是影响熔池流场的重要因素之一，温度梯度会影响熔体的流动方向和速度。
此外，材料性质、轧制速度、熔炼温度等也会对熔池流场产生影响。
这些因素之间相互作用，共同决定着熔池流场的分布。
在生产实际中，我们可以通过调整这些工艺参数来控制熔池流场的分布，从而得到高质量的薄带材料。
同时，我们还需要关注不同因素之间的相互作用和影响机制，以便更好地优化工艺参数。
六、结论本文通过对双辊薄带鋳轧熔池流场进行数值模拟与实验研究，深入探讨了不同因素对熔池流场的影响及其相互作用机制。
双辊薄带铸轧熔池温度场的在线计算模型
双辊薄带铸轧熔池温度场的在线计算模型崔海涛;曹光明;李成刚;王国栋【摘要】合理简化双辊薄带铸轧的熔池换热边界条件,采用热平衡法推导出熔池温度场的计算模型.该模型考虑了浇铸温度、铸轧速度、辊缝、铸辊温度等工艺参数对熔池温度场的影响,其计算速度和计算精度能够满足实时在线控制要求.根据模型计算结果分析了影响熔池温度场的主要因素,得到了铸轧在线控制的深层规律,并在多次的铸轧实验中验证了模型的正确性.【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(034)005【总页数】4页(P669-672)【关键词】双辊薄带铸轧;熔池;温度场;铸速;凝固终点【作者】崔海涛;曹光明;李成刚;王国栋【作者单位】东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110819;东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110819;东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110819;东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TG335双辊薄带铸轧机以转动的两个铸辊为结晶器，把钢水直接注入铸辊和侧封板组成的熔池内，将液态钢水直接生产成目标厚度的薄带.铸轧过程十分复杂，影响因素众多，如浸入式水口的形状及钢水注入率、钢水过热度、轧辊温度、铸轧速度等.相关工艺参数对铸轧过程的影响研究，国内外学者已经做了大量研究工作［1-7］.但是，大多数的研究工作都是采用商用有限元软件进行模拟，如模拟铸辊温度场变化、熔池内金属流动特性等.这些模拟软件使用复杂，难以应用到薄带铸轧的在线控制中.本文通过合理简化熔池温度场换热边界条件，采用热平衡法推导出熔池温度场的在线计算模型.该模型正确、全面地反映了各个工艺参数对熔池温度场的影响，可以实时计算熔池状态，为铸轧速度、钢水液位等工艺参数的在线控制提供了依据.1 熔池温度场简化处理熔池由铸辊和侧封板组成，为便于模型计算，对熔池温度场进行以下简化处理:1)忽略熔池与侧封板之间的传热.侧封板在铸轧前要预热到1 000 ℃以上，并且具有良好的绝热性能.因此，可以忽略熔池与侧封板之间的传热，认为熔池沿铸辊轴向上没有传热.2)忽略熔池在铸轧方向上的传热.在铸轧过程中，钢水从凝固到塑性变形在不到1s 的时间内完成，主要依靠熔池与铸辊之间的径向传热.与径向传热相比，熔池在铸轧方向上的传热是可以忽略的.3)简化钢水注入及铸辊转动对熔池的搅动.在铸轧过程中，浸入式水口注入的钢水和铸辊的转动都对熔池有一定的搅动作用.假设距离铸辊一定距离之内的钢水为稳定区，不受搅动影响.搅动区域内的钢水温度是均匀的，并且与注入的钢水温度相同.4)忽略铸辊与凝壳之间的相对滑动.认为在铸轧过程中凝壳与铸辊紧密接触，二者之间没有相对滑动.钢水在熔池中的冷却时间为铸辊转动通过熔池的时间.经过上述假设，熔池温度场由三维传热简化为沿铸辊径向的一维传热，即x 轴方向上的传热，如图1 所示.图1 熔池示意图Fig.1 Schematic representation of the molten pool2 熔池传热模型的建立自液面开始，沿熔池深度方向依次计算高为Δy，宽度为wi的传热单元的温度场，即可得到整个熔池的温度场，如图1 所示.2.1 传热单元宽度的确定稳定区宽度ws受浸入式水口形状、熔池深度、注入流速等的影响［7-8］，很难通过模型具体描述.在实际计算中，ws在一定的范围之内变动对最终的计算几乎没有影响.因此，可以将稳定区宽度设定为一个常数，该常数可以利用模型计算的薄带出口温度和实测出口温度反向计算得到.在熔池深度为yi处的传热单元宽度为式中:whi为在熔池深度为yi处的液面宽度的一半，mm；r 为铸辊半径，mm；s 为辊缝，mm.2.2 传热单元温度场计算对传热单元进行网格划分，采用热平衡法计算出此时传热单元的温度场，如图2所示.图2 网格划分示意图Fig.2 Schematic representation of gridding-meshing传热单元与铸辊的接触时间为式中:t 为接触时间，s；v 为轧辊转速，mm/s.当j=0 时，最外侧网格与铸辊辊面接触，其热平衡方程为式中:ρj为微元体密度，kg/m3；cj为微元体比热容，J/(kg·℃)；Δx 为微元体宽度，mm；Δt 为时间步长，s；为微元体本次迭代计算后的温度，℃；为微元体本次迭代计算前的温度，℃；k为熔池与铸辊之间的换热系数，w/(m2·k)；θr为铸辊温度，℃；λ 为两个微元体之间的导热系数，w/(m·k).当j=M 时，需要判断最内侧的网格是否与搅动区接触.如果ws＜whi，则最内侧的网格与搅动区接触，其热平衡方程如式(5)所示；如果ws=whi，两个铸辊的稳定区相连，热平衡方程如式(6)所示:式中，θ0为注入熔池的钢水温度，℃.当0 ＜j ＜M 时，为传热单元体内部传热，其微元体热平衡方程为将上述热平衡方程变换为关于的显式方程，以Δt 为时间步长，通过迭代便可计算出传热单元与铸辊在接触时间t 内的温度场变化.根据该钢种的固相线温度判断各个微元体是否为固态，从而计算出凝壳厚度和凝固终点位置.2.3 关键物理参数的确定1)钢的液相线和固相线温度.钢的液、固相线温度取决于化学成分，可选用两个经验公式［9］:式中:θL，θS分别为钢的液相和固相线温度，℃；w(C)，w(Si)，w(Mn)，w(P)，w(S)，w(Cu)，w(Ni)，w(Cr)，w(Al)为钢种化学元素的质量分数.2)钢的比热容.钢的固相、液相及固液两相的比热容计算公式为［9］式中:cL，cS，cSL分别为钢的固相、液相及固液两相区的比热容，J/(kg·℃)；Lf 为钢的凝固潜热，J/kg.式(12)将凝固潜热化作固液两相的等效热容，这样便于模型计算.3 模型验证与计算结果分析3.1 模型验证由于熔池温度场难以用设备直接检测，所以只能通过其他方法间接验证模型的正确性.本文采用的方法是将模型计算的薄带出口温度和实测出口温度进行对比.在多次铸轧实验中，发现模型能够对液位、铸速、浇铸温度等参数的变化及时作出响应，计算的出口温度与实测温度相差不大，一般不超过30 ℃.由此证明熔池温度场模型在理论上是正确的，可以应用于在线计算.图3 为某次铸轧实验中带钢出口温度的计算值与实测值的对比图，实测温度的采样周期为2 s.此外，该模型还能够对铸轧过程中出现的裂纹和断带问题进行合理解释，也间接证明了模型的正确性.一般认为铸轧力过大会导致铸带产生横向裂纹［5］，用该模型可以如此解释:由于铸速、浇铸温度等原因引起凝固终点位置过高，导致相对压下量过大，从而产生横向裂纹，而凝固点高最终表现为轧制力大.在铸轧实验中，如果铸速过快会导致断带甚至漏钢，通过该模型计算可以发现，在发生断带或漏钢时凝固终点位置很低，出口带钢温度过高甚至未完全凝固，从而引发断带或漏钢问题. 图3 出口温度实测值与计算值对比Fig.3 Exit temperature contrast of measured values and calculated values3.2 模型计算结果分析通过该模型可以分析各铸轧工艺参数对熔池温度场的影响，制定合理铸轧策略.在铸辊半径为250 mm 的铸机上铸轧厚度为1.5 mm 的铸带，浇铸温度为1 550 ℃.图4 为熔池液位高度为140 mm，通过模型计算得到的不同铸轧速度下凝固终点的位置.图5 为铸轧速度为0.5 m/s，通过计算得到的不同液位高度下凝固终点的位置.图4 铸轧速度对凝固终点位置的影响Fig.4 The effect of casting speed on solidification end point从图4 中可以看出，凝固终点位置随着铸轧速度的增大而降低，二者几乎成线性关系.从图5中可以看出，凝固终点位置随着液位的升高而升高，二者之间没有明显的线性关系.对比这两个图可以发现，由于受侧封板尺寸及稳定铸轧的限制，熔池液位对凝固终点位置的调控范围不到6 mm，明显比铸速的调控范围要小.考虑到熔池液位高度难以精确控制，在实际铸轧中应尽量保持液位高度一定，通过调整铸轧速度来控制凝固终点位置，从而保证铸带有合适的变形量.图5 熔池液位对凝固终点位置的影响Fig.5 The effect of the depth of molten pool on solidification end point4 结论1)对熔池温度场进行合理简化，推导出熔池温度场模型，并通过铸轧实验验证其正确性.2)通过计算分析了铸轧速度、熔池液位高度对凝固终点的影响规律.3)该模型能够反映出各个铸轧工艺参数对熔池温度场的影响，不仅可以用于在线计算，也可用于铸轧策略的分析与制定.参考文献：【相关文献】［1］Hwang J D，Lin H J，Hwang W S，et al.Numerical simulation of metal flow and heat transfer twin roll strip casting［J］.ISIJInternational，1995，35(2):170 -177.［2］Kim W S，Kim D S，Kuznetsov A V.Simulation of coupled turbulent flow and heat transfer in the wedged-shape pool of a twin-roll strip casting process［J］.International Journal of Heat and Mass Transfer，2000，43:3811 -3822.［3］Miao Y C，Zhang X M，Wang G D，et al.Coupled simulation of flow and thermal field of the twin-roll strip casting process［J］.Journalof Iron and Steel Research，2001，8(2):16 -19.［4］Nikolai parison of continuous strip casting with conventional technology ［J］.ISIJ International，2003，43(8):1115 -1127.［5］邸洪双，鲍培伟，苗雨川，等.双辊铸轧薄带钢实验研究及工艺稳定性分析［J］.东北大学学报:自然科学版，2000，21(3):274 -277.(Di Hong-shuang，Bao Pei-wei，Miao Yu-chuan，et al.Experimental study on the twin roll strip casting and analysis of processing stability ［J］.Journal of Northeastern University:Natural Science，2000，21(3):274 -277.)［6］Park C M，Kim W S，Park G J.Thermal analysis of the roll in the strip casting process ［J］.Mechanics Research Communications，2003(30):297 -310.［7］张晓明，张军锋，刘相华，等.双辊铸轧薄带过程中铸速对熔池内温度场的影响［J］.东北大学学报:自然科学版，2006，27(7):759 -762.(Zhang Xiao-ming，Zhang Jun-feng，Liu Xiang-hua，et al.Influence of casting speed on temperature field in molten pool during twin-roll casting［J］.Journal of Northeastern University:Natural Science，2006，27(7):759 -762.) ［8］Aboitalebi M R，Hasan M，Guthrie R I L.Coupled turbulent flow，heat and solute transport in continuous casting process［J］.Metallurgical and Materials Transactions B，1995，26:731-744.［9］仁吉堂，朱立光，王书桓.连铸连轧理论与实践［M］.北京:冶金工业出版社，2002:93 -96.(Ren Ji-tang，Zhu Li-guang，Wang Shu-huan.Theory and practice of continuous casting and direct rolling［M］.Beijing:Metallurgy Industry Press，2002:93 -96.)。
汽车用5182铝合金温变形行为及其拉深成形性能的研究的开题报告
汽车用5182铝合金温变形行为及其拉深成形性能的研究的开题报告一、研究背景与意义随着汽车工业的快速发展，提高汽车的轻量化设计已成为汽车制造业的发展趋势。
轻量化的实现方式之一就是采用高强度轻质材料替代传统材料，而铝合金就是一种优秀的轻质材料。
5182铝合金是一种主要用于汽车制造上的铝合金材料之一，具有良好的强度、回弹性和拉伸性，在汽车制造行业中有广泛应用。
然而，汽车用5182铝合金在成形加工过程中受到温度变化的影响，可能会出现不均匀、残余应力、塑性损伤等问题，从而导致成形品质不佳，甚至无法满足汽车制造的要求。
因此，对汽车用5182铝合金的温变形行为及其拉深成形性能进行研究，对于提高汽车制造品质和降低成本具有重要意义。
二、研究内容与方法本研究旨在探究汽车用5182铝合金在不同温度下的变形行为及其影响因素，进而了解其在拉深成形过程中的机理和特点。
具体研究内容包括：1. 热压缩试验：通过热压缩试验，探究汽车用5182铝合金在不同温度和应变速率下的变形行为，分析材料的应力、应变、流动应力和活化能等参数，以确定材料的本构关系。
2. 拉伸试验：在此基础上，进一步开展拉伸试验，研究不同温度下材料的拉伸性能和变形机理，分析温度、应变率和应变路径对材料塑性损伤的影响。
3. 拉深成形试验：最后，结合以上试验结果，通过拉深成形试验，评估汽车用5182铝合金在不同温度下的拉深成形性能，分析材料的成形机理和问题，并提出相应的改进措施。
三、预期成果与创新点1. 探究汽车用5182铝合金在不同温度下的变形行为和流变特性，建立本构模型，预测材料的力学性能。
2. 研究不同温度下材料的拉伸性能和变形机理，揭示温度、应变率和应变路径对材料塑性损伤的影响。
3. 评估汽车用5182铝合金在不同温度下的拉深成形性能，分析材料的成形机理和问题，并提出相应的改进措施，为材料应用于汽车制造提供基础支撑。
本研究的创新点在于能够全面了解汽车用5182铝合金在温变形时的变形行为，并进行相应的分析和归纳，从而为该类材料的应用提供了有价值的指导。
《2024年双辊薄带鋳轧熔池流场数值模拟与实验研究》范文
《双辊薄带鋳轧熔池流场数值模拟与实验研究》篇一一、引言双辊薄带鋳轧技术作为一种新型的金属材料加工工艺，在生产高质量、高性能的金属材料中扮演着重要的角色。
在生产过程中，熔池流场的稳定性和流动性直接影响到金属薄带的成型质量和性能。
因此，对双辊薄带鋳轧熔池流场进行深入的研究显得尤为重要。
本文通过数值模拟和实验研究的方法，对双辊薄带鋳轧熔池流场进行了全面的分析。
二、数值模拟方法1. 模型建立为了更好地模拟双辊薄带鋳轧熔池流场，我们首先建立了合理的物理模型和数学模型。
该模型包括了金属熔化、传输和凝固等关键过程，同时考虑了熔池流场的热力学和动力学特性。
2. 网格划分为了更精确地模拟熔池流场的流动情况，我们采用了高精度的网格划分方法。
在划分网格时，我们特别关注了熔池区域的网格密度，以确保该区域的流动情况能够被准确模拟。
3. 数值求解在建立好模型和网格后，我们采用了合适的数值求解方法对模型进行求解。
通过求解模型，我们可以得到熔池流场的流动情况、温度分布等关键参数。
三、实验研究方法为了验证数值模拟结果的准确性，我们进行了双辊薄带鋳轧的实地实验。
在实验中，我们通过观察和记录实验过程中的关键参数，如熔池流场的形态、金属薄带的成型质量等，对双辊薄带鋳轧熔池流场进行了全面的分析。
四、结果分析1. 数值模拟结果通过数值模拟，我们得到了双辊薄带鋳轧熔池流场的流动情况和温度分布等关键参数。
模拟结果显示，熔池流场的流动情况稳定，温度分布均匀，这为金属薄带的成型提供了良好的条件。
2. 实验结果在实验中，我们观察到双辊薄带鋳轧熔池流场的形态稳定，金属薄带的成型质量良好。
通过与数值模拟结果的对比，我们发现实验结果与模拟结果基本一致，这表明我们的数值模拟方法是可靠的。
五、讨论与结论通过本文的数值模拟和实验研究，我们对双辊薄带鋳轧熔池流场有了更深入的认识。
我们发现，稳定的熔池流场和均匀的温度分布是保证金属薄带成型质量和性能的关键因素。
此外，我们还发现，通过优化工艺参数，如熔化温度、轧制速度等，可以进一步提高金属薄带的成型质量和性能。
汽车用5182铝合金双辊连续铸轧温度场模拟
式 中 ｐ为密 度 ，ｒ 为运 动 粘 度 ，ｘ、Ｙ、ｚ 分 别 为作
用 于单 位 质量 流体 的体 积 力沿 Ｘ 、Ｙ 、ｚ 方 向的 分 量 ，其 假 设５ １ ８ ２ 铝 合 金液 在铸 轧 区 内为不 可压 缩 、常 物性
收稿 日期 ：２ ０ １ ５ － ０ ３ － ０ ６ 基盒项 目：辽宁省教育厅科学研究计划资助项 目 （ ２ ０ ０ ８ ３ ２ ２ ） 作者简介：黄旭 （ １ ９ ８ ２一 ），男，辽宁本溪人 ，讲 师，硕 士，研 究方向为汽车制造 。 第３ ７ 卷 第６ 期 ２ ０ １ ５ 一 Ｏ Ｏ （ 下） ［ １ ０ １ １
黄
旭
ＨＵ ＡＮＧ Ｘｕ
（ 辽宁机电职业技术学院 ，丹东 １ １ ８ ０ ０ ０ ）
摘
要 ：采用有 限体 积法 ，建立了５ １ ８ ２ 铝合金板材的双辊连续铸轧过程 的铸 轧区模型。通过输出水 口入 口中心 与板材 出口中心连 线上的 等距离点 的温度值来 表述温度 场分 布 ，并分析 形成原 因。文 章考察 了不 同工况下影 响铸 轧连续 性及成材 性的重要 因素 ： 板 材出 口温 度和液 穴深度 。综合 分析后得出不同 工况下的最佳 工艺参数 。 关键词 ：双辊连续铸轧 ；５ １ ８ ２ 铝合金 ；有 限体积 法 ；数值 模拟 中圈分类号 ：Ｔ Ｇ２ ４ ９ ． ７ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ —０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ６ （ 下） 一 ０ １ Ｏ １ — ０ ３
过 程 涉 及 传 热 学 、 流 体 力 学 等 学 科 知 识 ，可 由能 量 方 程 、流 体动 力 学方 程及 连续 性方 程描 述 。 其 中能 量 方 程 如 式（ １ ） 所 示 ，该 方 程 为直 角 坐 标 系 下 的传 热 方程 。
双辊连续铸轧纯铝薄带凝固微观组织模拟及验证
（ 昆明理工大学 稀贵及有色金属先进 材料教育部重点实验室 ； 云南省新材料制备 与加 工重点实验室 ，昆明 ６ ０ ９ ） ５０ ３
摘 要 ： 双 辊 连 续 铸 轧 薄 带 工 艺 凝 固 过 程 为 基 础 ， 时 基 于 金 属 凝 固 的 基 本 原 理 建 立 了 双 辊 连 铸 薄 带 凝 固 过 程 的 以 同
沿任意角度生 长的过程 ， 温度场 、 溶质场和微观组织形貌 的模 拟计算结果合理 ， 同时利 用双辊薄带 连续铸轧 工业纯
铝 凝 固过 程 验 证 了 数 学 模 拟 的可 行 性 。
关键词 ： 双辊连续铸轧 ； 固微观组织 ； 值模 拟 ； 凝 数 验证
Ｄ ：０ ３ ６／．ｓｎ １０ －０ ３ ２ １． ．０ ＯＩ １．９ ９ ｊｉ ． ０５５ ５ ．０ ２ ３ ０６ ｓ
中 图分 类 号 ： Ｇ ４ ． １ Ｔ １６ ２
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ： ０ ５５ ５ （０ ２ ０ －０ ５０ １０ － ３ ２ １ ）３０ ３ －５ ０
双 辊薄 带连 续铸 轧 工 艺具 有 简 化 生 产 工 序 、 缩 短 生产 周期 、 减少 设 备 投 资 、 降低 生 产 成 本 等 优 点 。 近 十几 年里 该项 技 术取 得 了很 大 的进 展 ， 目前 在 但
着 合 金过 冷度 增 大而 增 加 的 晶粒 密度 ， 以在 给定 所
过 冷 度下 ， 晶粒密度 可 表示 为分 布 函数 的积分 ：
凡 Ｊ （） ｏ △ －
＝＿ Ｎ ＝ ｓ
ｄＴ （） Ａ
（ １ ）
￣△－［ （ ２ ： 专 ｅ【 ‘ ｘ一 ｐ亏
） ］
（） ２
《2024年双辊薄带鋳轧熔池流场数值模拟与实验研究》范文
《双辊薄带鋳轧熔池流场数值模拟与实验研究》篇一一、引言双辊薄带鋳轧是一种先进的金属材料生产技术，具有生产效率高、产品质量好等优点。
熔池流场作为双辊薄带鋳轧过程中的关键环节，其流动特性的研究对于提高产品质量和优化生产工艺具有重要意义。
本文旨在通过数值模拟与实验研究相结合的方法，深入探讨双辊薄带鋳轧过程中熔池流场的流动特性，为实际生产提供理论依据和指导。
二、文献综述在双辊薄带鋳轧技术的研究中，熔池流场的研究一直是热点。
前人通过实验观察、数值模拟等方法，对熔池流场的流动特性、传热过程、熔池表面形状等方面进行了深入研究。
这些研究不仅为后续学者提供了宝贵的研究经验，也为本研究的开展奠定了基础。
三、数值模拟（一）模型建立本研究采用流体动力学软件进行数值模拟。
首先，根据双辊薄带鋳轧的实际工艺，建立合理的几何模型和物理模型。
模型中考虑了辊子转速、熔池温度、材料物性等因素对熔池流场的影响。
（二）网格划分与求解针对建立的模型，进行网格划分。
采用合适的网格划分方法，保证计算结果的准确性和计算效率。
然后，设置合理的初始条件和边界条件，运用流体动力学软件进行求解。
（三）结果分析通过数值模拟，得到了双辊薄带鋳轧过程中熔池流场的流动特性。
分析结果表明，熔池流场具有明显的涡旋结构，且涡旋结构随时间发生变化。
此外，辊子转速、熔池温度等因素对熔池流场的影响显著。
四、实验研究（一）实验设备与材料实验采用双辊薄带鋳轧设备，选用合适的金属材料作为实验对象。
实验设备包括双辊薄带鋳轧机、高速摄像机、温度测量仪等。
（二）实验方法与步骤实验过程中，首先调整双辊薄带鋳轧机的参数，包括辊子转速、熔池温度等。
然后，通过高速摄像机记录熔池流场的流动过程，同时使用温度测量仪测量熔池温度。
实验过程中，还需对数据进行处理和分析。
（三）实验结果与分析通过实验，观察到了双辊薄带鋳轧过程中熔池流场的实际流动情况。
实验结果表明，熔池流场具有明显的涡旋结构，且涡旋结构随时间发生变化。
5182铝合金热变形行为研究
5182铝合金热变形行为研究孙军伟;张荣伟;李升燕;周军;赵鸿金【期刊名称】《有色金属科学与工程》【年(卷),期】2018(009)005【摘要】采用了MMS-100热力模拟试验机对5182铝合金进行单道次压缩实验,对其热变形行为展开研究,构建了流变应力模型和加工图.结果发现:5182铝合金的流变应力随温度的升高、应变速率的降低而逐渐减小;高温条件会促使动态再结晶的发生,而应变速率的影响可以忽略;合金的真应力-真应变曲线在高应变速率时会出现锯齿状波动;合金在加热温度420～500℃、真应变ε=0.4、应变速率ε·=0.01～0.1 s-1的热变形条件下会有一个高功率耗散因子区域;合金在450℃附近存在较大安全加工区域.【总页数】6页(P43-48)【作者】孙军伟;张荣伟;李升燕;周军;赵鸿金【作者单位】江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州 341000【正文语种】中文【中图分类】TG379;TF125.22【相关文献】1.汽车用5182铝合金热变形行为及加工图研究 [J], 刘佳;马志民;臧志雄2.5182铝合金热变形行为研究 [J], 孙军伟; 张荣伟; 李升燕; 周军; 赵鸿金3.富铈稀土在5182铝合金中的变质机制研究 [J], 巩天浩; 董俊慧; 袁洪伟4.5182铝合金椭圆孔电磁翻边数值模拟研究 [J], 欧航;安浩;孙式进;崔俊佳;李光耀5.AA5182铝合金两步高速拉伸的试样设计及其性能研究 [J], 郑月;邓桦坤;杨帅帅;崔俊佳;李光耀因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
汽车用5182铝合金双辊连续铸轧温度场模拟黄旭【摘要】采用有限体积法，建立了5182铝合金板材的双辊连续铸轧过程的铸轧区模型。
通过输出水口入口中心与板材出口中心连线上的等距离点的温度值来表述温度场分布，并分析形成原因。
文章考察了不同工况下影响铸轧连续性及成材性的重要因素：板材出口温度和液穴深度。
综合分析后得出不同工况下的最佳工艺参数。
【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】3页(P101-103)【关键词】双辊连续铸轧;5182铝合金;有限体积法;数值模拟【作者】黄旭【作者单位】辽宁机电职业技术学院，丹东 118000【正文语种】中文【中图分类】TG249.70 引言根据中国汽车协会报告显示，2015年1月汽车产销分别完成228.70万辆和231.96万辆，比上年同期分别增长11.5%和7.6%。
随着汽车产量与销量的增长，带来的环境污染问题成为人们必须正视的问题。
5182铝合金因其良好的成形性能、耐蚀性能及机械性能成为汽车板材的目标材料。
目前生产5182铝合金板带材主要以热轧生产为主，降低生产成本，保证生产质量是生产厂商所追求的目标[1,2]。
双辊连续铸轧工艺（Twin-roll Continuous Casting Process）因其流程短、效率高、能耗低成为铝合金板材生产的重要工艺，而热带、裂纹、缩孔等缺陷一直存在于双辊铸轧工艺所生产的板带材中，可见铸轧工艺参数对板材生产质量起着至关重要的作用[3～5]。
对铸轧区的凝固过程进行研究可找出板带材生产缺陷的原因，并能够优化工艺参数，避免缺陷产生。
本文以5182铝合金为材料，对铸轧过程进行建模，通过ANSYS软件，研究不同浇注温度、冷却条件及铸轧速度对铸轧区温度场分布的影响，并讨论形成原因，最终获得优化工艺参数。
图1 双辊连续铸轧过程1 数学建模1.1 求解方程整个双辊连续铸轧过程（如图1所示）虽为金属液由流槽进入水口，并经水口流入铸轧区后铸轧成板，但过程的核心部分就是铸轧区内金属流动及凝固过程。
所谓铸轧区，即由水口出口端到两轧辊中心线连续的距离，该区域由上下两个反向转动的轧辊和防止金属液向两侧无限制流淌的侧封组成。
铸轧区内金属流动及凝固过程涉及传热学、流体力学等学科知识，可由能量方程、流体动力学方程及连续性方程描述。
其中能量方程如式(1)所示，该方程为直角坐标系下的传热方程。
式中T为温度，τ为铸轧时间，ux、uy和uz分别为x、y和z方向上的速度分量，α为导热系数。
流体动力学方程本实验采用Navier-Stokes方程，其在直角坐标系下如式(2)～式(4)所示。
式中ρ为密度，r为运动粘度，X、Y、Z分别为作用于单位质量流体的体积力沿x、y、z方向的分量，其余各物理量同上。
假设5182铝合金液在铸轧区内为不可压缩、常物性流体的层流，其连续性方程可简化如式(5)所示。
式中ux、uy和uz含义同上。
1.2 边界条件本次模拟的铸轧机轧辊直径为Φ500mm×Φ500mm，水口入口宽度3mm，板材厚度5mm，铸轧区长度50mm，板材宽度250mm。
浇注温度为660℃、670℃、680℃、690℃和700℃，对应轧辊转速0.7m/min、1.0m/min和1.3m/min，并对应两种不同的冷却水通量，折合对流换热系数分别为8000W/(m2·K)和10000W/(m2·K)。
1）速度入口边界条件水口入口处边界条件为速度入口条件，由于认为铝液为不可压缩牛顿流体，根据铸轧区体积不变原理进行对应铸轧速度的换算，得到浇注速度。
2）无热损边界条件水口和侧封采用硅酸铝材料制成，该材料热传导系数极小，认为铸轧区前端与水口接触面和铸轧区侧壁与侧封接触面为无热损面。
3）压力出口边界条件考虑到求解域中若定义两个速度边界条件易导致计算结果不收敛，因此定义板带材出口处为压力出口边界条件。
4）对流换热边界条件轧辊与铸轧区内金属液接触面为对流换热截面，满足式(6)条件。
式中h为等效换热系数，TAl和Twall分别为铝合金温度与轧辊表面温度。
由于铝液温度高于轧辊表面温度，因此对流热流密度为负值。
1.3 材料参数5182铝合金密度为2600Kg.m3，固、液相线分别为577℃和638℃。
由于铸轧过程涉及金属由液态向固态的转变，因此需对如比热、粘性系数、凝固潜热等物性参数进行处理，以得到较为精确的模拟结果。
根据相关文献[6,7]，本文采用热焓法求凝固潜热及比热，插值法求粘性系数。
所谓热焓法，即通过定义材料的焓随温度变化而计算凝固潜热，如式(7)所示。
式中，H即材料的焓，cP为材料比热，且为温度T的函数。
得到材料比热如表1所示。
表1 5182铝合金不同温度比热表温度/℃ 0 300 550 577 638 650 700比热/J (Kg·℃)-1 857 863 877 4728 4965 1532 1567金属由液态到固态可认为金属由极低的粘度值上升至极大，即在粘度前方乘以较大的系数。
现定义固态时粘度系数为1，液态下粘度系数为0.001，根据插值法求得金属粘度系数如表2所示。
表2 5182铝合金不同温度粘性系数表温度(℃) 0 577 600 620 638 700粘性系数 1 1 0.623 0.296 0.001 0.0012 结果及分析由于考虑到大量计算结果，通过选取距离水口入口中心与板材出口中心连线上的等距点温度值代表温度场分布，简化输出结果。
图2 铸轧速度0.7 m/min对应不同冷却水通量温度曲线图图2(a)、(b)分别为铸轧速度0.7m/min对应对流换热系数为8000W/(m2·K)和10000W/(m2·K)的温度曲线图。
能够看出，在相对低速铸轧过程中，较低的对流换热系数冷却效果相对较差，且铸轧区前端冷却较为缓慢（曲线斜率较小）。
这是由于铸轧区前端厚度大于铸轧区尾端厚度，且在固液区材料因考虑凝固潜热，其比热明显高于固相区比热，即在固液区材料需要吸收更多的热量使其凝固成固相。
考虑铸轧过程的连贯性，液穴深度占整个铸轧区长度的15%～30%为较合理深度，对于现场来说，液穴长度为20%～25%为最佳工况。
液穴过浅，会由于凝固速度过快导致铸轧过程不稳定。
液穴过深，会易产生热带缺陷而使板材报废。
由于液相线温度为638℃，因此根据上下对称原则（忽略重力对水平式双辊铸轧的影响），该曲线温度高于638℃即认为属于液穴区域，并在638℃时为液穴最深处。
从图a 和b可看出，在铸轧速度0.7m/min，对流换热系数分别为8000W/(m2·K)和10000W/(m2·K)时，对应670℃～680℃浇注温度的液穴长度为最佳工况。
根据实际情况，5182铝合金铸轧板材出口温度在410℃±15℃为较合理范围，因此，以上工况满足最佳工况要求。
图3 铸轧速度1.0 m/min对应不同冷却水通量温度曲线图图4 铸轧速度1.3m/min对应不同冷却水通量温度曲线图类似于铸轧速度为0.7m/min的情况，图3(a)、(b)和图4(a)、(b)分别表示铸轧速度为1.0m/min、1.3m/min对应对流换热系数为8000W/(m2·K)和10000W/(m2·K)的温度曲线图。
从图中可看到，相同铸轧速度下，对流换热系数越大，表示靠近铸轧区后端的温度曲线斜率越大，即冷却效果越明显，其原因与图2形成原因相同。
对比图2～图4，还可以看出相同条件下，浇注温度对板材出口温度的影响并不大，而影响板材温度的核心因素是铸轧速度与对流换热系数。
这是因为铸轧速度直接影响铸轧区内金属的停留时间，铸轧速度越慢，停留时间越长，出口温度越低。
对流换热系数则直接影响热交换效率，对流换热系数越大，热交换越快，出口温度越低。
在铸轧速度1m/min对应对流换热系数为8000W/(m2·K)和10000W/(m2·K)的工况下，浇注温度分别为670℃～675℃和665℃～675℃，对应液穴深度满足20%～25%的合理范围。
而铸轧速度1.3m/min对应对流换热系数为8000W/(m2·K)和10000W/(m2·K)的工况下，浇注温度需分别为680℃～685℃和660℃～665℃，才能满足液穴深度的合理范围。
综合考虑满足以上合理范围的工况，根据板材出口温度的合理范围，除铸轧速度1.3m/min对应对流换热系数8000W/(m2·K)时，板材出口温度为447℃，高于425℃的合理板材出口温度范围外，其余工况皆满足最佳工况要求。
3 结论1）5182铝合金双辊连续铸轧过程模拟结果显示，对流换热系数为8000W/(m2·K)，铸轧速度分别为0.7m/min和1.0m/min时，对应的合理浇注温度范围分别为670℃～680℃和670℃～675℃，而铸轧速度为1.3m/min时，无法实现铸轧5182铝合金；对流换热系数为8000W/(m2·K)，铸轧速度分别为0.7m/min、1.0m/min和1.3m/min时，对应合理的浇注温度范围分别为670℃～680℃、665℃～675℃和660℃～665℃。
2）相同条件下，浇注温度对板材出口温度的影响并不大，而影响板材温度的核心因素是铸轧速度与对流换热系数。
参考文献：[1] 许光明,江定辉,李金涛,等.电磁铸轧5182铝合金组织性能研究[A].中国机械工程学会第十二届铸造年会论文集[C].2011:224-227.[2] T.Haga,M.Mtsuo,D.Kunigo,等.5182铝合金的铸轧研究[A].2011全国铝及镁合金熔铸技术交流会论文集[C].2011:130-138.[3] 杨群英.电脉冲铸轧铝合金组织与性能的研究[D].兰州理工大学,2011.[4] 陈守东,陈敬超,吕连灏,等.铝合金双辊连续铸轧凝固组织模拟的数学模型[J].热加工工艺,2011,40(19):10-14,18.[5] 陈守东,陈敬超.铝合金连续铸轧中间包流场的数值模拟及其优化[J].材料导报,2011,25(18):135-138.[6] 谢水生,杨浩强,黄国杰,等.半固态镁合金连续铸轧过程的数值模拟[J].塑性工程学报,2007,14(1):80-84.[7] J.W. Bae, C.G. Kang, S.B. Kang. Mathematical model for the twin roll type strip continuous casting of magnesium alloy considering thermal flow phenomena[J].Journal of Materials Processing Technology, 2007,8(1): 251-255.。