·362· 工程科学学报，第39卷，第3期 点温度四 2实验过程及结果 实验采用7kg真空感应炉，浇注温度为1773K 单元/ 共开展2炉实验，一炉铸锭在空气中自然冷却，另一炉 铸锭在循环水箱中快速水冷.铸件实物如图2所示， 图2(a)中1为空冷铸件，2为水冷铸件：图2(b)和 (c)分别为两个铸锭冒口处的一次缩孔形貌，图2(d) 和(e)分别为两种冷却条件下铸锭一次缩孔的纵剖面 结果.可以看出，空冷铸锭一次缩孔最深处约为18 mm,水冷铸锭一次缩孔最深达33mm,两个铸锭的一 图1FE节点与CA节点关系示意图四 次缩孔均未延伸到本体.下文中凝固组织的模拟研究 Fig.1 Schematic diagram of the relationship between FE nodes and 不考虑冒口的影响，于是将其切除.铸锭中主要化学 CA nodes 元素含量检测结果见表1. a (b) d 20mm (c) 2 (e) 30mm 20mm 图2铸锭实物图.(a)空冷铸锭和水冷铸锭：(b)和()分别为空冷和水冷铸锭冒口处的一次缩孔形貌：(d)和()分别为空冷和水冷 铸锭一次缩孔的解剖结果 Fig.2 Actual ingot:(a)ingots under air cooling and water cooling:(b,c)morphologies of the cavity in feeder head of the ingots under air cooling and water cooling respectively:(d,e)longitudinal profiles of the cavity under air cooling and water cooling,respectively 表1母料及高硅钢铸锭中的化学成分（质量分数） Table 1 Results of the element composition of raw material and high sil- icon steel 呢 试样 C Mn P S Cr Ni 母料3.140.00250.220.0090.00070.0200.01 铸锭6.570.00250.210.0090.00070.0190.01 将高硅钢铸锭纵向剖开、打磨抛光，用5%硝酸酒 精侵蚀，低倍结果如图3所示.由图3可以看出，高硅 (a (b) 钢铸态组织主要由高比例且尺寸粗大的柱状晶构成， 空冷铸锭中等轴晶比例约为40%，而水冷铸锭中等轴 图3铸锭低倍组织.(a)空冷：(b)水冷 Fig.3 As-cast structure morphology of the ingots:(a)air cooling: 晶比例仅为10%左右.发达的柱状晶有利与最终产品 (b)water cooling 的磁性能3，但也会对后续加工造成不良影响. 从空冷铸锭边部到中心取4块10mm×10mm× 序分布、晶粒随机生长，晶粒内部主要由二次、三次枝 10m微观组织试样，打磨、抛光后采用10%的硝酸酒 晶构成 精侵蚀.微观组织结果如图4所示，图4(a)和(b)分 3数值模拟 别为高硅钢的柱状晶和等轴晶组织，可以看出高硅钢 柱状晶粗大，晶粒间晶界平行，具有明显的方向性，晶 3.1过程及参数 粒内部主要由发达的一次枝晶构成：而等轴晶晶界无 实体建模与网格划分：采用Po/E建立3D几何模工程科学学报，第 39 卷，第 3 期 点温度［22］． 图 1 FE 节点与 CA 节点关系示意图［22］ Fig． 1 Schematic diagram of the relationship between FE nodes and CA nodes 2 实验过程及结果 实验采用 7 kg 真空感应炉，浇注温度为 1773 K． 共开展 2 炉实验，一炉铸锭在空气中自然冷却，另一炉 铸锭在循环水箱中快速水冷． 铸件实物如图 2 所示， 图 2( a) 中 1# 为空冷铸件，2# 为水冷铸件; 图 2 ( b) 和 ( c) 分别为两个铸锭冒口处的一次缩孔形貌，图 2( d) 和( e) 分别为两种冷却条件下铸锭一次缩孔的纵剖面 结果． 可以看出，空冷铸锭一次缩孔最深处约为 18 mm，水冷铸锭一次缩孔最深达 33 mm，两个铸锭的一 次缩孔均未延伸到本体． 下文中凝固组织的模拟研究 不考虑冒口的影响，于是将其切除． 铸锭中主要化学 元素含量检测结果见表 1． 图 2 铸锭实物图． ( a) 空冷铸锭和水冷铸锭; ( b) 和 ( c) 分别为空冷和水冷铸锭冒口处的一次缩孔形貌; ( d) 和 ( e) 分别为空冷和水冷 铸锭一次缩孔的解剖结果 Fig． 2 Actual ingot: ( a) ingots under air cooling and water cooling; ( b，c) morphologies of the cavity in feeder head of the ingots under air cooling and water cooling respectively; ( d，e) longitudinal profiles of the cavity under air cooling and water cooling，respectively 表 1 母料及高硅钢铸锭中的化学成分 ( 质量分数) Table 1 Ｒesults of the element composition of raw material and high sil￾icon steel % 试样 Si C Mn P S Cr Ni 母料 3. 14 0. 0025 0. 22 0. 009 0. 0007 0. 020 0. 01 铸锭 6. 57 0. 0025 0. 21 0. 009 0. 0007 0. 019 0. 01 将高硅钢铸锭纵向剖开、打磨抛光，用 5% 硝酸酒 精侵蚀，低倍结果如图 3 所示． 由图 3 可以看出，高硅 钢铸态组织主要由高比例且尺寸粗大的柱状晶构成， 空冷铸锭中等轴晶比例约为 40% ，而水冷铸锭中等轴 晶比例仅为 10% 左右． 发达的柱状晶有利与最终产品 的磁性能［23--24］，但也会对后续加工造成不良影响． 从空冷铸锭边部到中心取 4 块 10 mm × 10 mm × 10 mm 微观组织试样，打磨、抛光后采用 10% 的硝酸酒 精侵蚀． 微观组织结果如图 4 所示，图 4( a) 和( b) 分 别为高硅钢的柱状晶和等轴晶组织，可以看出高硅钢 柱状晶粗大，晶粒间晶界平行，具有明显的方向性，晶 粒内部主要由发达的一次枝晶构成; 而等轴晶晶界无 图 3 铸锭低倍组织 . ( a) 空冷; ( b) 水冷 Fig． 3 As-cast structure morphology of the ingots: ( a) air cooling; ( b) water cooling 序分布、晶粒随机生长，晶粒内部主要由二次、三次枝 晶构成． 3 数值模拟 3. 1 过程及参数 实体建模与网格划分: 采用 Pro /E 建立 3D 几何模 · 263 ·