,328 北京科技大学学报 第32卷 2.2温度场模拟结果和讨论 B4A1和A2(图3(a))处凝固区间的温度曲线及凝 温度场和凝固过程模拟结果是对称的，所以它 固曲线 们被耦合在一个图里（图3）图4是B1B2B3 1.000(a 1833.0b (c) e 0.933 1786.1 0.867 739.1 0.800 692.2 0.733 645.2 0.667 1598.2 0.600 1551.3 0.533 1504.3 0.467 1457.4 0.400 1410.4 0.333 1363.5 0.267 B图 1316.5 0.200 1269.6 0.133 1222.6 0.067 1175.6 0 B4 1128.7 图3凝固过程(a)和温度场(b~©)模拟结果 Fig 3 Smulated results of solidification processes (a)and temperature fieH (be)n the casting (a2.10s b7.45s e-134.02s d239.52s and e303.77 s).The left and rightmarkings of Fig 3(a)are the fraction of solil and impemture (n K).mspectively 1805 1800 1.0叶 1795 0.8 1790 0.6 B3 0.4 1775 1770 A2 0.2 A2 1765 1760 50100 150200 250300350 50 100 150200250300350 时间s 时间A 图4B1B2B3BAA1和A2处凝固区间的温度曲线(a)和凝固曲线(b) Fig 4 Temperatire curves (a)and solidification curves (b)frm T.to Ti at Locations Bl.B2 B3 B4 Al and A2 冷却开始即建立对称并向着铸件中心的正温度 冷区扩大，晶核生长的区域也扩大 梯度，当温度降至液相线以下，钢液被过冷，形核和 从图4的温度及凝固曲线可以发现，表层处的 凝固开始·凝固首先在底部边缘处开始，然后沿着 B4A2冷却较快，结晶在更大的过冷度下开始，而 铸件表面，最后是钢液内部（图3），凝固初期非常 且潜热的释放始终小于热的逸散，所以凝固一直在 重要的特性是，铸件的等温线和凝固等值线几乎是 连续降温过程中进行，直到凝固终结后，温度便又更 一致的，并且对称，它们都是从铸件底部边缘、外表 快地下降，在铸件内部，由于凝固层的增加和与环 面到中心区域逐渐进行的，具有顺序凝固特性，表明 境温差的减小，热流量逐渐减小，可见，在凝固初 凝固过程仅仅是通过散热控制的，因此，形核及生 期，内部B3B2和B1处是近平衡的冷却，由于潜热 长这两个决定凝固组织的关键环节是由传热条件控 的释放和热的逸散大体相等，所以凝固温度基本保 制的，这一模拟结果与文献[15]一致，由图3可以 持恒定；随着凝固的进行，潜热的释放远小于热的逸 看出，过冷仅局限在凝固界面附近，它主要是成分过 散，所以凝固在降温下进行，且温度梯度较大·A1 冷度△T。,由于液相中的导热传热，随着凝固过程的 处距表层较近，所以它的温度及凝固曲线介于表层 进行，液相温度不断下降，过冷区扩大，过冷度也随 和内部的温度及凝固曲线之间，在初期是等温凝固， 之增大.通常凝固界面附近的液相优先获得过冷， 然后是降温凝固，因此，在铸件的不同部位，冷凝方 为晶核的长大创造条件，随着凝固过程的进行，过 式也存在着差异，表层的凝固是在连续降温过程下北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 2∙2 温度场模拟结果和讨论 温度场和凝固过程模拟结果是对称的‚所以它 们被耦合在一个图里 （图 3）．图 4是 Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、 Ｂ4、Ａ1和 Ａ2（图 3（ａ））处凝固区间的温度曲线及凝 固曲线． 图 3 凝固过程 （ａ）和温度场 （ｂ～ｅ）模拟结果 Ｆｉｇ．3 Ｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓ（ａ）ａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ（ｂ-ｅ）ｉｎｔｈｅｃａｓｔｉｎｇ（ａ-2∙10ｓ‚ｂ-7∙45ｓ‚ｃ-134∙02ｓ‚ｄ-239∙52ｓ‚ａｎｄ ｅ-303∙77ｓ）．ＴｈｅｌｅｆｔａｎｄｒｉｇｈｔｍａｒｋｉｎｇｓｏｆＦｉｇ．3（ａ） ａｒｅｔｈｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｓｏｌｉｄａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ｉｎＫ）‚ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ 图 4 Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ａ1和 Ａ2处凝固区间的温度曲线 （ａ）和凝固曲线 （ｂ） Ｆｉｇ．4 Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｕｒｖｅｓ（ａ） ａｎｄｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓ（ｂ） ｆｒｏｍＴｓｔｏＴｌａｔＬｏｃａｔｉｏｎｓＢ1‚Ｂ2‚Ｂ3‚Ｂ4‚Ａ1‚ａｎｄＡ2 冷却开始即建立对称并向着铸件中心的正温度 梯度‚当温度降至液相线以下‚钢液被过冷‚形核和 凝固开始．凝固首先在底部边缘处开始‚然后沿着 铸件表面‚最后是钢液内部 （图 3）．凝固初期非常 重要的特性是‚铸件的等温线和凝固等值线几乎是 一致的‚并且对称‚它们都是从铸件底部边缘、外表 面到中心区域逐渐进行的‚具有顺序凝固特性‚表明 凝固过程仅仅是通过散热控制的．因此‚形核及生 长这两个决定凝固组织的关键环节是由传热条件控 制的‚这一模拟结果与文献 ［15］一致．由图 3可以 看出‚过冷仅局限在凝固界面附近‚它主要是成分过 冷度 ΔＴｃ‚由于液相中的导热传热‚随着凝固过程的 进行‚液相温度不断下降‚过冷区扩大‚过冷度也随 之增大．通常凝固界面附近的液相优先获得过冷‚ 为晶核的长大创造条件．随着凝固过程的进行‚过 冷区扩大‚晶核生长的区域也扩大． 从图 4的温度及凝固曲线可以发现‚表层处的 Ｂ4、Ａ2冷却较快‚结晶在更大的过冷度下开始‚而 且潜热的释放始终小于热的逸散‚所以凝固一直在 连续降温过程中进行‚直到凝固终结后‚温度便又更 快地下降．在铸件内部‚由于凝固层的增加和与环 境温差的减小‚热流量逐渐减小．可见‚在凝固初 期‚内部 Ｂ3、Ｂ2和 Ｂ1处是近平衡的冷却‚由于潜热 的释放和热的逸散大体相等‚所以凝固温度基本保 持恒定；随着凝固的进行‚潜热的释放远小于热的逸 散‚所以凝固在降温下进行‚且温度梯度较大．Ａ1 处距表层较近‚所以它的温度及凝固曲线介于表层 和内部的温度及凝固曲线之间‚在初期是等温凝固‚ 然后是降温凝固．因此‚在铸件的不同部位‚冷凝方 式也存在着差异‚表层的凝固是在连续降温过程下 ·328·