【正文】 IV — — 鑄鋼金屬液的熱處理 ...................................................................................... 24 出爐溫度和澆注溫度的確定 .......................................................................... 24 第五章 鑄件工藝數(shù)值模擬結(jié)果及分析 ...................................................................... 26 充型過(guò)程 .......................................................................................................... 26 凝固過(guò)程 .......................................................................................................... 28 結(jié) 論 .............................................................................................................................. 30 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 31 致 謝 ........................................................................................................................... 32 附 圖 ............................................................................................................................ 33 第一章 引言 － 1－ 第一章 引言 目前國(guó)內(nèi)外水輪發(fā)電機(jī)過(guò)流部件廣泛采用低碳馬氏體不銹鋼，典型材料為ZG06Cr13Ni4Mo（簡(jiǎn)稱(chēng) 134），這種鋼屬于馬氏體鉻鎳不銹鋼，是在 ZG10Cr13 和ZG20Cr13 不銹鋼的基礎(chǔ)上，降低 C 含量，提高 Cr 含量，同時(shí)將鎳的含量控制在4%到 6%范圍內(nèi)，并加入適量的 Mo，使鑄態(tài)組織基本為單一的板 條馬氏體。因此，該鋼具有一定的耐腐蝕性能，良好的強(qiáng)度、韌性、可焊性以及耐磨蝕性能以外，還具有良好的抗空蝕性能。該鋼拋棄了高碳馬氏體與形成碳化物的強(qiáng)化手段，而以具有較高韌性的的低碳馬氏體的形成和以鎳、鉬等合金元素作補(bǔ)充強(qiáng)化手段，通過(guò)適當(dāng)?shù)責(zé)崽幚硎怪哂械吞及鍡l狀馬氏體與逆轉(zhuǎn)變奧氏體的復(fù)相組織，從而既保留了高的強(qiáng)度水平又提高了鋼的韌性和可焊性。而以具有較高韌性的的低碳馬氏體的形成和以鎳、鉬等合金與該鋼拋棄了高碳馬氏體形成碳化物的強(qiáng)化手段其結(jié)果是：在改善力學(xué)性能、韌性和焊接性能等方面，都有突破性的進(jìn)展。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研 究和實(shí)踐，現(xiàn)有的鑄造技術(shù)已能保證 134 水輪機(jī)鑄件的力學(xué)性能與標(biāo)準(zhǔn)要求相比有較大的裕度。 低碳合金不銹鋼鑄造技術(shù)分析 低碳合金不銹鋼鑄造 是在鑄鋼的基礎(chǔ)上加入其他金屬或非金屬元素 , 不僅能保持鑄鋼的基本性能 , 而且由于合金化及熱處理的作用 , 使低碳合金不銹鋼具有良好的綜合性能。低碳鋼和低碳合金不銹鋼在工業(yè)上占有重要的地位 , 大量用于軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域 , 也廣泛用作建筑結(jié)構(gòu)材料、家庭生活用具和體育用品等 。 幾十年來(lái)，圍繞鑄造低碳合金成分、組織、性能進(jìn)行了大量的研究，使傳統(tǒng)的低碳合金不銹鋼綜合性能上了一個(gè)新臺(tái)階。其中研究和應(yīng)用較多的是鉻鎳系合金和鉻鉬系合金。與此同時(shí)，低碳合金不銹鋼的熔煉及處理技術(shù)也飛速地發(fā)展，一方面這些先進(jìn)的合金液處理技術(shù)提高了合金性能及鑄件的整體性能；另一方面，更有利于生產(chǎn)和環(huán)境的保護(hù)。 鉻鎳鉬系合金性能 鉻在鋼中與碳和鐵形成碳化物，并能部分地溶入固溶體中，并具有改善鋼的高溫性能的作用 。 不銹鋼最重要的技術(shù)要求是耐蝕性，合適的力學(xué)性能，良好的冷、熱加工和焊接等工藝性能。鉻是不銹 鋼獲得耐蝕性的基本元素。當(dāng)鋼中第一章 引言 － 2－ 含鉻量達(dá)到 12％左右時(shí)，鋼在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性發(fā)生突變性的上升。此時(shí)鋼的表面形成一層極薄而致密的鉻的氧化膜，阻止金屬基體被繼續(xù)侵蝕。 鎳 是 不銹 鋼 中的主要合金元素，其主要作用是穩(wěn)定奧氏體，使 鋼 獲得完全奧氏體組織，從而使鋼具有良好的強(qiáng)度和塑性，韌性的配合，并具有優(yōu)良的冷，熱加工性和冷形成性以及焊接，低溫與無(wú) 磁 等性能 ，同時(shí)提高 不銹鋼 的 熱力 學(xué)穩(wěn)定性，使之不僅比相同 鉻 ， 鉬 含量的 鐵 素體，馬氏體等類(lèi)不銹鋼有更好的不銹性和耐 氧化 性介質(zhì)的性能，而且于 表 面膜 穩(wěn)定性的提高，從而使鋼還具有更加優(yōu)異的耐一些還 原性介質(zhì)的性能。鉻鎳鋼中加入鉬元素后，顯著改善淬透性，有良好的空氣硬化性能，并有優(yōu)良的抗回火脆性能力，所以鉻鎳鉬鑄鋼易于制造大型或復(fù)雜形狀的鑄件，采用正火熱處理后仍可得到高強(qiáng)度的力學(xué)性能。廣泛應(yīng)用于有高強(qiáng)度要求的工件。此鋼在高溫下仍能保持較好的強(qiáng)度。 計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用 鑄造成形是極其復(fù)雜的高溫、動(dòng)態(tài)、瞬時(shí)過(guò)程，其間發(fā)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)、冶金變化，這些變化不能直接觀察，也難以測(cè)試，所以其工藝設(shè)計(jì)多憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，技藝性強(qiáng)，而科學(xué)性不足。計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用導(dǎo)致了鑄造技術(shù)的發(fā)展和根本變革。國(guó) 內(nèi)有關(guān)高等院校、科研院所和重點(diǎn)鑄造企業(yè)經(jīng)過(guò) 20 多年的努力，取得了積極的成果先后開(kāi)展了計(jì)算機(jī)工藝輔助設(shè)計(jì)、成分和力學(xué)性能輔助設(shè)計(jì)，鑄造合金凝固過(guò)程及溫度場(chǎng)數(shù)值模擬、鑄件充型過(guò)程的數(shù)值模擬，鑄造過(guò)程、鑄造合金品質(zhì)和鑄件品質(zhì)以及鑄造設(shè)備的檢測(cè)與控制，鑄造數(shù)據(jù)庫(kù)、管理、計(jì)算機(jī)識(shí)圖、機(jī)械手和機(jī)器人的應(yīng)用等，并在生產(chǎn)中得到運(yùn)用，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)理論定量指導(dǎo)工藝過(guò)程的目標(biāo)。同時(shí)計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用也促使鑄造行業(yè)建立了完整的教育、科研、協(xié)會(huì)、學(xué)會(huì)、標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)檢、出版、信息體系 [1]。 UG軟件介紹 UG 是 Unigraphics 的縮寫(xiě)，是美國(guó) Unigraphics Solutions 公司開(kāi)發(fā)的三維參數(shù)化軟件，主要通過(guò)其虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)（ VPD）的理念提供多級(jí)化的、集成的、企業(yè)級(jí)的包括軟件產(chǎn)品與服務(wù)在內(nèi)的完整的 MCAD 解決方案。目前擁有 46000 家客戶(hù)，全球裝機(jī)量近 400 萬(wàn)臺(tái)套。 80 年代后期引進(jìn)我國(guó)以來(lái)，已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、通用機(jī)械、模具等領(lǐng)域。為了更好地了解 UG 在我國(guó)的研究、應(yīng)用狀況，我們對(duì) 1979 年以來(lái)國(guó)內(nèi)所發(fā)表的有關(guān) UG 的研究成果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，試圖從文獻(xiàn)第一章 引言 － 3－ 引證的角度揭示該領(lǐng)域 的研究現(xiàn)狀和研究動(dòng)向，進(jìn)而對(duì) UG 在我國(guó)的研究、應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行測(cè)度，并尋求一些規(guī)律，為 UG 在我國(guó)的推廣應(yīng)用提供參考 [2 ]。 UG的主要應(yīng)用領(lǐng)域分布 UG 是一個(gè)集 CAD/CAM/CAE 于一體的計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)制造軟件，它具有強(qiáng)大的三維實(shí)體造型功能、曲面造型、虛擬裝配及創(chuàng)建工程圖等功能。 UGNX含有 4 大功能模塊： 基礎(chǔ)模塊、 CAD 模塊、 CAM 加工模塊以及 CAE 模塊。 CAD 模塊由許多獨(dú)立功能的子模塊構(gòu)成，建模模塊、制圖模塊、裝配模塊就是引入到機(jī)械制圖教學(xué)當(dāng)中的模塊。建模模塊提供了草圖、曲線(xiàn)、實(shí)體、自由 曲面等工具，可以設(shè)計(jì)各種形狀復(fù)雜的實(shí)體和曲面。制圖模塊使設(shè)計(jì)人員能方便地獲得與三維實(shí)體模型完全相關(guān)的二維工程圖，當(dāng) 3D 模型改變時(shí)，二維工程圖也會(huì)同步更新。這兩個(gè)功能模塊在協(xié)助講解組合體以及機(jī)件的表達(dá)方法內(nèi)容時(shí)，能通過(guò)迅速改變實(shí)體的形狀，讓學(xué)生從各種不同的角度觀看和了解形體，提高學(xué)生分析視圖的能力。裝配模塊可以對(duì)裝配體進(jìn)行虛擬裝配，具有很強(qiáng)的仿真性，提高了授課質(zhì)量和效率。 UGS是航空 /國(guó)防、汽車(chē)及運(yùn)輸、電子及電訊、制造及組裝行業(yè)公認(rèn)的領(lǐng)導(dǎo)者。 UG在我國(guó)研究應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì) Unigraphics CAID/CAD/CAM/CAE系統(tǒng)提供了一種基于過(guò)程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)境，使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)從設(shè)計(jì)到加工真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成，從而優(yōu)化了企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造。 UG 面向過(guò)程驅(qū)動(dòng)的技術(shù)是虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，在面向過(guò)程驅(qū)動(dòng)技術(shù)的環(huán)境中，用戶(hù)的全部產(chǎn)品及其精確的數(shù)據(jù)模型能夠在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)保持相關(guān)，從而有效地實(shí)現(xiàn)了并行工程。 該軟件不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和生成工程圖等設(shè)計(jì)功能，而且在設(shè)計(jì)過(guò)程中可進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析和仿真模擬，從而提高了設(shè)計(jì)的可靠性。同時(shí)，可采用建立的三 維模型直接生成數(shù)控代碼用于產(chǎn)品的加工。另外它所提供的應(yīng)用開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 UG/Open GRIP 和 UG/Open API功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易學(xué)，便于用戶(hù)開(kāi)發(fā)專(zhuān)用 CAD 系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，該軟件具有以下特點(diǎn)： （ l）具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，真正實(shí)現(xiàn)了 CAID、 CAD、 CAE 和 CAM 等模塊之間無(wú)數(shù)據(jù)交換的自由切換，并且可實(shí)施并行工程； （ 2）采用復(fù)合建模技術(shù)，將實(shí)體建模、曲面建模、線(xiàn)框建模、顯示幾何建模與參數(shù)化建模等建模技術(shù)融于一體； 第一章 引言 － 4－ （ 3）采用基于特征的建模和編輯方法作為實(shí)體造型的基礎(chǔ)，形象直觀，類(lèi)似于工程師傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并能采 用參數(shù)驅(qū)動(dòng)； （ 4）曲面設(shè)計(jì)采用非均勻有理 B 樣條作為基礎(chǔ)，可用多種方法生成復(fù)雜曲面，特別適合于汽車(chē)外形和汽輪機(jī)葉片等復(fù)雜曲面的造型； （ 5）二維圖功能強(qiáng)大，可方便地從三維實(shí)體模型直接生成二維工程圖，可以按照 ISO 標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)生成各種剖視圖、標(biāo)注尺寸、形位公差和漢字說(shuō)明等； （ 6）以 Parasolid 為實(shí)體建模核心，目前許多著名 CAD/CAE/CAM 軟件均以此作為實(shí)體造型的基礎(chǔ)； （ 7）提供了界面良好的應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具，并能通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言接口，使 UG 的圖形功能與高級(jí)語(yǔ)言的計(jì)算功能緊密結(jié)合，便于用戶(hù)開(kāi)發(fā)專(zhuān)用 CAD 系統(tǒng)； （ 8）具有良好的用戶(hù)界面，絕大多數(shù)功能都可通過(guò)圖標(biāo)實(shí)現(xiàn)；進(jìn)行對(duì)象操作時(shí)，具有自動(dòng)推理功能；在每個(gè)操作步驟中，都有相應(yīng)的提示信息，便于用戶(hù)做出正確的選擇。 Anycasting軟件 AnyCasting 是韓國(guó) AnyCasting 公司自主研發(fā)的新一代基于 Windows操作平臺(tái)的高級(jí)鑄造模擬軟件系統(tǒng)。是專(zhuān)門(mén)針對(duì)各種鑄造工藝過(guò)程開(kāi)發(fā)的仿真系統(tǒng)，可以進(jìn)行鑄造的充型、熱傳導(dǎo)和凝固過(guò)程的模擬分析。它具有模擬準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)便、功能全面及運(yùn)算速度快等特點(diǎn)。早在 1985 年，我們就研制出了 AnyCasting 軟件核心求解 器， 1990 年開(kāi)始推廣為商業(yè)化軟件，通過(guò)多年來(lái)為大量不同領(lǐng)域如汽車(chē)、電子、重工、連續(xù)鑄造行業(yè)的客戶(hù)提供鑄造工程咨詢(xún)服務(wù)， AnyCasting 積累了豐富的鑄造工程經(jīng)驗(yàn)，并不斷地將實(shí)際的工藝經(jīng)驗(yàn)在軟件功能中得以實(shí)現(xiàn)，使得AnyCasting 日益成為當(dāng)今世界上技術(shù)最先進(jìn)，包含豐富實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的鑄造模擬分析軟件系統(tǒng) [3]。 AnyPRE 作為 AnyCasting 的前處理程序， AnyPRE 可以實(shí)現(xiàn) CAD 模型的導(dǎo)入，有限差分網(wǎng)格的劃分，模擬條件的設(shè)置，并調(diào)用 AnySOLVER 進(jìn)行求解。使用AnyPRE，您可以進(jìn)行多種設(shè)置 包括工藝流程和材料的選擇來(lái)模擬鑄造成型過(guò)程，設(shè)置邊界、熱傳導(dǎo)和澆口條件，也能通過(guò)特殊功能模塊來(lái)設(shè)置一些設(shè)備和模型。另外，你還可以通過(guò) AnyPRE 提供的 CAD 功能來(lái)查看、移動(dòng) /旋轉(zhuǎn)實(shí)體坐標(biāo)系統(tǒng)。 AnyMESH 能編輯由 AnyPRE 生成的網(wǎng)格文件。您可以輕松地修改網(wǎng)格信息而不改變幾何模型。 第一章 引言 － 5－ AnyDBASE 作為一個(gè)能概括鑄造成型中熔體，模具和其他材料性能的數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序， AnyDBASE 主要分為常規(guī)數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)。常規(guī)數(shù)據(jù)庫(kù)提供了具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的常用材料性能，而用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)使用戶(hù)能保存和管理修改或附加的數(shù)據(jù)。用 戶(hù)能簡(jiǎn)單的選擇感興趣的材料而不需要輸入幾百種不同的材料性能。另外，它還提供每種材料的傳熱系數(shù)，提高了程序的方便性。 AnySOLVER 作為 AnyCasting 的求解器， AnySOLVER 能夠根據(jù)你的設(shè)定計(jì)算