大型铸锭均质化问题及其新解

李军^1,2，夏明许¹，胡侨丹¹，李建国^1,2

1. 上海交通大学材料科学与工程学院2. 上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心

摘 要：铸锭存在严重非均质问题,直接影响最终产品的性能和材料利用率,并制约后续热加工方法和工艺窗口选择。提高铸锭的均质化水平对节能降耗、提高材料利用率、保障构件服役性能和重大装备建设具有重要意义。本文介绍了大型铸锭非均质化因素如成分偏析、夹杂、缩孔/疏松和晶粒不均匀问题及其在后续热加工中的演变,提出了铸锭均质化窗口的概念;介绍分析了大型铸锭凝固过程宏观偏析数值计算和模拟研究的新进展以及提高铸锭均质化水平的新方法;针对冷却速率不均、不可控多相流动和非平衡溶质分凝3个造成铸锭非均质的根本原因,提出了可以根据目标均质化窗口进行铸造过程预设计的层状铸造(layer casting)新方法,建立了层状单元分配和变成分浇注成分控制模型。数值计算模拟和实验验证表明,层状铸造在降低多相流速、均化冷却速率、改变溶质分凝方面效果显著,提高了铸锭的均质化水平,并可大幅度降低设备投资、节能降耗,有望应用于高品质大型铸锭制造。

关键词：大型铸锭;宏观偏析;数值模拟;铸造缺陷;层状铸造;