基于Matlab的Q345钢连铸述凝固微观组织数值模拟

发布时间：2025-04-01 06:21

　　随着连铸技术的发展,如何有效地提高连铸坯的质量已成为连铸生产研究的主要方向。连铸坯微观凝固组织对钢的机械性能和加工性能影响很大,因此对连铸坯微观凝固组织进行数值模拟是非常有意义的。本文以某钢厂断面直径为250mm的连铸圆坯为研究对象,采用有限差分法建立宏观温度场模型,运用元胞自动机法建立微观凝固组织模型。采用Matlab软件对上述模型进行Q345钢连铸坯微观组织的仿真模拟。本文根据相关的文献资料对物性参数以及形核参数进行修正。将相关的参数带入程序进行计算,得到了清晰的凝固组织结构。取得某钢厂的Q345钢连铸坯样品,对试样进行腐蚀,在光学显微镜下进行金相分析,与相应的模拟结果进行对比,模拟结果的图像形貌与金相实验结果较为接近。因此,该模型能够较好的反映出晶粒的形态与大小。模拟结果非常清楚的显示了等轴晶、柱状晶的分布位置,以及在不同平均形核过冷度下的等轴晶率变化的规律,并分析了浇注温度、冷却强度和拉速对等轴晶率的影响。研究结果表明,随着平均形核过冷度的下降,等轴晶的占有率变大。晶粒尺寸随着平均形核过冷度的下降而减小。晶粒尺寸随浇注温度的降低而减小,随着冷却强度的降低而减小。冷却强度增强会使等...

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【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究意义
    1.3 主要研究内容
第2章 数学模型及模拟方法
    2.1 形核模型
        2.1.1 瞬时形核模型
        2.1.2 连续形核模型
    2.2 晶粒长大模型
        2.2.1 LGK模型
        2.2.2 KGT模型
    2.3 微观组织模拟方法的发展
        2.3.1 确定性方法
        2.3.2 相场法
        2.3.3 随机性方法
    2.4 本章小结
第3章 连铸坯凝固组织形成的数学模型
    3.1 圆坯宏观温度场模型
        3.1.1 建立圆坯传热模型的假设条件
        3.1.2 圆坯传热方程的建立
        3.1.3 初始条件与边界条件
        3.1.4 传热偏微分方程离散
    3.2 微观组织形成的相关模型
        3.2.1 微观元胞的温度计算
        3.2.2 形核模型
        3.2.3 生长模型
        3.2.4 元胞固相率的计算
        3.2.5 转变规则
    3.3 模型参数选取
        3.3.1 工艺参数
        3.3.2 物性参数
        3.3.3 形核参数
        3.3.4 动力学参数
    3.4 本章小结
第4章 程序的实现与可视化
    4.1 程序的实现
    4.2 计算结果的可视化
    4.3 晶粒尺寸的计算
    4.4 本章小结
第5章 模型验证与模拟结果分析
    5.1 模型验证
        5.1.1 温度场的验证
        5.1.2 枝晶组织显示方法
        5.1.3 枝晶显示实验与验证
    5.2 平均形核过冷度的作用
    5.3 连铸工艺参数影响
        5.3.1 浇注温度对凝固组织的影响
        5.3.2 冷却强度对凝固组织的影响
        5.3.3 拉速对凝固组织的影响
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢



本文编号：4039052