Виртуальный инжиниринг

Моделирование сифонной заливки крупного слитка из легированной стали

В данном примере проводилось моделирование заливки слитка массой 78 тонн в металлическую изложницу с использованием сифонного подвода металла в форму.

Основными задачами моделирования являлись:

- расчёт гидродинамики и тепловой задачи получения отливки;

- выявление зон концентрации усадочных дефектов в виде раковин, микро- и макро-пористости.

Так как слиток и металлическая изложница симметричны относительно оси слитка, в задаче рассматривалась только половина геометрии в осесимметричной постановке, что позволяет сократить время моделирования при достижении той же точности расчетных результатов.

Конечно-элементная модель слитка с литниково-питающей системой и формой, используемая для моделирования

Анализ заполнения формы позволяет выявить эффективность литниковой системы, а также места с высокой скоростью течения и образованием турбулентности потока.

Заполнение формы расплавом с распределением температур

Заполнение изложницы осуществляется горячим металлов (температура выше температуры Ликвидус) в ходе всего процесса заливки, что благоприятно сказывается на качестве готового слитка.

Заполнение формы расплавом с распределением скоростей

Максимальная скорость металла наблюдается в горизонтальном участке литниковой системы, выложенном огнеупорным припасом. Скорость потока металла непосредственно в изложнице не превышает критических значений, что благоприятно влияет на стойкость оснастки.

Вектора течения металла в форме

Также можно отметить образование турбулентных потоков на первоначальных этапах заполнения слитка, что может приводить к захвату воздуха и образованию оксидных включений.

Для выявления тепловых узлов, возникающих в отливке, рассмотрим процесс кристаллизации сплава.

Кристаллизация слитка

Можно выделить тепловой узел в осевой части слитка, где могут образоваться дефекты усадочного характера, но в целом, кристаллизация имеет строго направленный характер от литниковой системы к прибыльной части.

Распределение усадочных дефектов в слитке показано ниже. В указанной ранее зоне можно наблюдать образование усадочной рыхлоты (3-10% пористости). А также мы можем наблюдать образование рыхлот в местах, где наблюдалась турбулентность потока и происходил захват воздуха.

Распределение усадочных дефектов в теле слитка

В процессе заливки происходит достаточно сильный разогрев изложницы, особенно в нижней ее части. Это может приводить к разгару формы и, следовательно, к ухудшению качества готового слитка.

Распределение температуры в изложнице в различные моменты времени охлаждения слитка