高强韧铝合金半连铸凝固过程数值模拟及热裂纹形成机理研究

2024铝合金油气滑半连铸产品中出现的热裂纹问题严重影响了其工业化生产及综合性能。本文利用ProCAST铸造分析软件,基于移动边界法的宏观温度场模型,利用CAFE(cellular automata finite element)模块模拟铸锭微观组织对比实际晶粒尺寸,验证了模型可靠性;基于热弹塑性模型模拟了铸锭所受的主应力、等效应力以及切应力,分析了热裂纹的产生原因。对铸锭进行热裂纹敏感性判据HTI(hot tearing indicator)分析,结果表明,沿半径方向距离边缘约40 mm处裂纹倾向性最大且成环状,与实际铸锭中的裂纹位置和形状一致。基于第三强度理论,得到了φ254 mm的2024铝合金半连铸最佳工艺区间,铸造温度为685~695℃,铸造速度为59~62 mm/min。经验证,获得了表面质量良好,无裂纹的2024铝合金铸锭。