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22CrMoH连铸坯微观组织及合金元素影响的数值模拟

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齿轮钢是重要的汽车用钢,为了有效提高齿轮钢的强度和韧性,改善其热加工性能,常常加入Cr、Mo、Ni、Ti和Si等合金元素。这类合金元素能够引起钢液固相线、液相线温度的变化,直接影响到钢液凝…

齿轮钢是重要的汽车用钢,为了有效提高齿轮钢的强度和韧性,改善其热加工性能,常常加入Cr、Mo、Ni、Ti和Si等合金元素。这类合金元素能够引起钢液固相线、液相线温度的变化,直接影响到钢液凝固过程中晶粒的形核和长大等行为,进而对铸坯凝固组织产生重要影响。铸坯凝固组织形态是决定其内部质量的基础,对产品成分均匀性、淬透性以及带状组织等质量缺陷均具有重要影响。

关于金属凝固过程微观组织的模拟,目前主要研究方法有确定性方法、相场法和随机性方法三种。随机方法又可分为蒙特卡罗(MC)法和元胞自动机(CA)法,Rappaz等把CA模型与有限元方法(FE)耦合起来建立的宏观-微观耦合模型(CAFÉ),成功地预测了从柱状晶到等轴晶的转变,并在试验中得到了验证。北京科技大学白礼国等人利用移动边界法得到22CrMoH连铸坯凝固过程中的温度场,在此基础上采用元胞自动机-有限元(CAFÉ)法对22CrMoH齿轮钢连铸坯的微观组织进行数值模拟,模拟组织与实际样品组织形貌基本一致。模拟结果表明,在22CrMoH钢号规定的范围内,随着Si、Mn、Cr和Mo元素含量提高,22CrMoH钢的液相线温度、固相线温度降低,枝晶尖端生长动力学参数a3减小。随Si和Mn含量增加,等轴晶比例明显增加,晶粒平均尺寸也呈明显下降趋势;Mo含量增加能够明显增加形核数目,晶粒尺寸随之下降;适当减少Cr含量有助于提高等轴晶的比例,但对晶粒数目和尺寸影响较小。

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关键字:22CrMoH 连铸 微观