立式双辊连铸镁合金熔池弯月面界面形状及浇铸工艺研究

论文摘要

采用双辊连铸技术可直接从熔体制备出近终形的镁合金薄带坯,可缩短镁合金板带材的加工工艺流程,降低生产成本。现行的立式双辊薄带连铸工艺,熔池液面直接与旋转的辊面接触,熔池液面的波动破坏了熔体与铸辊接触的弯月面稳定性,导致薄带坯初始凝固点不稳定,易在薄带坯表面形成微裂纹和恶化薄带坯内部质量。通过引入含高坝的立式双辊连铸熔池系统,使熔池液面与辊面分离,减弱了熔池液面波动对弯月面的有害影响,并有利于初始凝固点的稳定。本文建立了镁合金薄带坯立式双辊连铸熔池系统弯月面动态界面模型,计算了不同浇铸条件下的弯月面轮廓曲线,分析了工艺参数对该界面的影响,并利用实际浇铸试验初步验证了分析结果。结果表明,该模型可用于立式双辊连铸镁合金薄带坯熔池弯月面的分析。分析比较了设置高坝前后镁合金薄带坯立式双辊连铸熔池系统弯月面动态界面形状,以及不同浇铸条件下弯月面形状的区别,提出了稳定弯月面形状的措施并改进了高坝形状。结果表明,高坝条件下立式双辊连铸镁合金薄带坯弯月面曲线曲率半径减小,界面高度增加,弯月面的附加压力增大,对初始凝固点处熔体形核的影响增大。初始凝固点距离熔池液面更远,可在一定程度上减弱液面波动对初始凝固形核的影响。同时,弯月面界面更加趋于稳定。在有无高坝条件下浇铸了镁合金AZ31薄带坯,比较了薄带坯的表面质量,观察了薄带坯的显微组织。结果表明,高坝条件下镁合金薄带坯表面裂纹和折皱明显减少,树枝状晶的枝晶间距稍小,晶粒明显的细化和更加均匀。在AZ31镁合金薄带坯连铸的研究基础上,开展了AZ61和AZ91等宽凝固区间镁合金薄带坯的试验工作,探讨了不同转速对浇铸过程的影响和显微组织的变化规律。随着铸辊转速的增加,薄带坯中的树枝状晶比例减小,树枝状晶的尺寸也减小。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 镁及镁合金的性质
• 1.2 镁合金的塑性加工技术
• 1.2.1 锻造
• 1.2.2 挤压
• 1.2.3 轧制
• 1.3 双辊薄带连铸技术
• 1.3.1 薄带连铸技术的发展史
• 1.3.2 水平双辊板坯连铸技术
• 1.3.3 立式双辊薄带连铸技术
• 1.4 镁合金双辊薄带连铸
• 1.4.1 镁合金水平双辊板坯铸轧
• 1.4.2 镁合金立式双辊薄带连铸
• 1.4.3 镁合金双辊薄带连铸存在的主要问题
• 1.5 镁合金高坝立式双辊连铸
• 1.6 课题研究的目的、内容及技术路线
• 1.6.1 课题研究目的
• 1.6.2 课题研究内容
• 1.6.3 课题研究的技术路线
• 1.7 本章小结
• 2 立式双辊连铸镁合金薄带坯弯月面的动态界面形状
• 2.1 立式双辊连铸镁合金薄带坯弯月面界面形状
• 2.1.1 计算坐标系的建立
• 2.1.2 动态界面形状计算过程及参数
• 2.1.3 接触角对弯月面动态界面形状的影响
• 2.1.4 浇铸速度对弯月面动态界面形状的影响
• 2.1.5 浇铸温度对弯月面动态界面形状的影响
• 2.2 高坝条件下立式双辊连铸镁合金薄带坯弯月面界面形状
• 2.2.1 计算坐标系的建立
• 2.2.2 界面模型的验证
• 2.2.3 动态界面形状计算过程及参数
• 2.2.4 接触角对弯月面动态界面形状的影响
• 2.2.5 浇铸速度对弯月面动态界面形状的影响
• 2.2.6 浇铸温度对弯月面动态界面形状的影响
• 2.2.7 液面高度对弯月面动态界面形状的影响
• 2.2.8 水平夹角对弯月面动态界面形状的影响
• 2.3 有无高坝条件下弯月面界面形状的比较
• 2.4 弯月面界面形状的动态演变
• 2.5 改进的高坝形状及熔池系统
• 2.6 本章小结
• 3 高坝条件下镁合金薄带坯立式双辊连铸的工艺与组织
• 3.1 实验材料、设备及方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验设备
• 3.1.3 实验方法
• 3.2 实验结果与分析
• 3.2.1 镁合金薄带坯的表面质量分析
• 3.2.2 不同浇铸工艺的树枝状晶
• 3.2.3 不同浇铸工艺镁合金薄带坯的组织
• 3.3 宽凝固区间镁合金的双辊连铸试验
• 3.3.1 AZ61镁合金的立式双辊连铸
• 3.3.2 AZ91镁合金的立式双辊连铸
• 3.4 本章小结
• 4 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录