The present invention relates to a method for numerical prediction of graphite sphere size of nodular cast iron ingots, which aims to solve the problem that the calculation of supercooling degree is affected by the neglect of wall effect in the two-dimensional calculation of the central section in the prior art; the calculation of temperature field and velocity field in three-dimensional direction will increase the calculation amount and greatly prolong the calculation time. The disadvantages are as follows: meshing the casting system; calculating the energy conservation equation for all grids to obtain the temperature field distribution of the three-dimensional casting system; calculating the momentum conservation equation for the center section grid parallel to the gravity direction in the ingot to obtain the flow velocity of the liquid metal in the grid; and calculating the energy conservation equation for all grids to obtain the temperature field distribution of the three-dimensional casting system. Graphite sphere size is calculated by calculating the grid of center section parallel to gravity direction in ingot and ingot. Repeat the above steps until the temperature of all grid of ingot and grid of center section parallel to gravity direction in ingot is lower than that of eutectic line. The invention is suitable for predicting the size of graphite spheres in sand and metal moulds of various sizes.
【技术实现步骤摘要】
一种球墨铸铁铸锭石墨球尺寸数值预测的方法
本专利技术涉及球墨铸铁铸锭仿真领域,具体涉及一种球墨铸铁铸锭石墨球尺寸数值预测的方法。
技术介绍
铸铁中球状石墨的形成可以有效提高铸铁的塑性、韧性和强度。含有大量石墨球的铸铁被称为球墨铸铁,基于其优异的力学性能,该材料被成功应用于一些受力复杂或对强度、韧性、耐磨性有较高要求的零件。球墨铸铁铸锭是一种母材,需经塑性加工得到各种用途。工业上可以用于球墨铸铁管、球墨铸铁井盖、船用气缸套的加工。为了提高球墨铸铁铸锭的综合力学性能,需要对石墨球尺寸进行控制。球化率高(石墨球个数多)、石墨球细小是提高球墨铸铁铸锭力学性能的关键。石墨球产生于铸锭凝固过程,凝固过程中的过冷度是石墨球形核和生长的驱动力。铸锭凝固是一个复杂的物理过程,涉及多个尺度物理现象的相互叠交:宏观尺度动量、热量、质量传输,介观尺度晶粒组织形成,微观尺度溶质扩散,不同尺度的物理现象之间相互作用、相互影响。采用实验方法研究铸锭凝固过程中石墨球尺寸不仅浪费了人力和财力,而且无法获得不同凝固条件下石墨球尺寸的变化特点,无法获得凝固过程中石墨球尺寸随时间变化曲线。更重要的是由于铸锭尺寸较大,每一次浇注成型都会耗费大量能源,因此大量的实验研究必然造成能源浪费,使环境受到破坏和污染。所以利用计算机模拟技术预测球墨铸铁铸锭凝固过程中石墨球尺寸变化,是控制和提升球墨铸铁铸锭产品质量的一个行之有效的手段。石墨球的形成由形核和长大两阶段组成。过冷度是形核驱动力,因为它反映了液相和固相自由能的相差程度。过冷度越大,自由能相差程度就越大,球状石墨更易形核。过冷度也是生长驱动力,过冷度增 ...
【技术保护点】
1.一种球墨铸铁铸锭石墨球尺寸数值预测的方法,其特征在于,包括:步骤一、对铸造系统进行网格划分;步骤二、对所有网格计算能量守恒方程,获得三维方向铸造系统温度场分布;步骤三、对于铸锭中平行于重力方向的中心截面网格计算动量守恒方程,获得该计算网格中的金属液流动速度;步骤四、对于铸锭网格和铸锭中平行于重力方向的中心截面网格,计算石墨球尺寸;步骤五、重复步骤二至四,直至所有铸锭网格和铸锭中平行于重力方向的中心截面网格的温度Tin均小于共晶线温度TE。
【技术特征摘要】
1.一种球墨铸铁铸锭石墨球尺寸数值预测的方法,其特征在于,包括:步骤一、对铸造系统进行网格划分;步骤二、对所有网格计算能量守恒方程,获得三维方向铸造系统温度场分布;步骤三、对于铸锭中平行于重力方向的中心截面网格计算动量守恒方程,获得该计算网格中的金属液流动速度;步骤四、对于铸锭网格和铸锭中平行于重力方向的中心截面网格,计算石墨球尺寸;步骤五、重复步骤二至四,直至所有铸锭网格和铸锭中平行于重力方向的中心截面网格的温度Tin均小于共晶线温度TE。2.根据权利要求1所述的球墨铸铁铸锭石墨球尺寸数值预测的方法,其特征在于,步骤一具体为:对X米×Y米×Z米的铸造系统进行宏观尺度网格剖分,X方向、Y方向和Z方向分别采用Δx、Δy、Δz作为网格剖分步长,Δx米=Δy米=Δz米,Δx、Δy和Δz的取值范围为1×10-3米~4×10-3米,计算网格的标号为(i,j,k)char,其中i,j和k均为整数,i的取值范围是1~L,j的取值范围是1~M,k的取值范围是1~N,下角标char=2表示铸型网格,下角标char=0表示铸锭网格,下角标char=21表示铸锭中平行于重力方向的中心截面网格;铸造系统在X轴、Y轴、Z轴方向上的最小值分别为Xmin、Ymin、Zmin,在X轴、Y轴、Z轴方向上的最大值分别为Xmax、Ymax、Zmax。3.根据权利要求2所述的球墨铸铁铸锭石墨球尺寸数值预测的方法,其特征在于,步骤二具体为:若计算网格(i,j,k)char的下角标char=0,则表明该计算网格为铸锭网格但不为中心截面网格,采用下式计算温度场:如果计算网格(i,j,k)char的下角标char=21,则表明该计算网格为铸锭网格且为中心截面网格,采用下式计算温度场:如果计算网格(i,j,k)char的下角标char不为0且不为21,表明该网格不为铸锭网格,采用下式计算温度场:[H]m-char=ρm-charcm-charTm-char其中下角标m-char表示非铸锭材质;cm-char为比热,ρm-char...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘东戎,赵红晨,朱泓宇,赵思聪,郭二军,
申请(专利权)人:哈尔滨理工大学,
类型:发明
国别省市:黑龙江,23
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