连铸坯裂纹影响因素分析.pptx

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2015/9/26 Saturday,#,单击此处编辑母版标题样式,异型,连铸坯表面裂纹扩展微细观机理研究,学 号：,2014102126,姓 名,：于,兴旺,指导教师,：,陈伟 教授,学科,名称,：冶金工程,研究,方向,：,凝固,理论与连,铸,坯质量控制,裂纹,对连铸坯质量的影响,在,连铸的生产实践中，裂纹是铸坯的一种主要缺陷，铸坯的各类缺陷中有,50%,为裂纹。铸坯中裂纹的存在,，轻者需要精整，重者导致漏钢和废品，影响,正常生产,，增加生产成本。,此外裂纹还会使铸坯热送技术和连铸连轧技术受到影响。因此，防止铸坯裂纹的产生，对稳定连铸生产、提高产品质量具有重要意义。,从,98,年马,钢自瑞士引进国内第一,条产线，异形坯连铸在我国已经历了十多年的发展，经过众多科研及生产工作者的努力，铸坯质量有了很大提升，但还是存在着很多质量问题。,异型坯表面缺陷,据统计，各种缺陷中,50%,为铸坯,裂纹。,铸坯出现,裂纹，重,者会导致,拉漏，,轻者要进行,精整。影响,了连铸机生产率，又影响了产品质量，增加了成本。,铸坯裂纹产生原因,外因：外力导致,坯壳变形超过了钢的极限强度和应变,；,内因：钢,固有的凝固行为以及对,裂纹的敏感性。,裂纹形成的微观,分析,不同影响因素下，裂纹扩展,原理是类似的，都是基于宏观,断裂力学：,C,；,COD,COD,C,G,G,IC,。,宏观,断裂力学,无法对裂尖存在大塑性变形的断裂过程进行合理解释。,细观损伤力学,能够描述材料损失过程,，它认为材料,宏观断裂的,基础是,四类细观损伤基,元：,孔洞损伤：主要类型有尺寸,相似的弥散分布孔洞；尺度,不同的,孔洞群；剪,切带,中嵌,含孔洞；局部化剪切所连接的孔洞,群。,微裂纹损伤,：,弥散,的分布在混凝土，,岩石,，陶瓷等材料。尚未应用于弹塑性分析,。,界面损伤：由,界面处微粒,子引起,的应力集中形成的孔洞,引起。,局部化带状损伤：剪切带,是典型的应变局部化，同时也是研究最多的一种形变,诱导损伤,形式,，钢铁材料,在,动载荷下是,这种,应变局部化。,宏微观断裂的相互作用,原子间的,运动（纳观）造成,细观各类损伤，在外部边界条件的作用,下，细观损伤扩展连接，从而形成,裂纹。,微观,：,10-,10,m10,-4,m,宏观：,10,-3,m,细观：,10,-7,l,10,-5,m,纳,观：,10,-9,m,材料裂纹扩展研究,应用于弹塑性材料断裂的,J,积分准则：,J=,(wdy,ds),w,弹,塑性变形,功；,T,曲线,对应微弧的,应力；,u,位移矢量。,优越性,：,J,积分可表征,线弹性，,超弹性、弹,塑性裂纹体裂尖处的,应力场,强,度；,绕开了,裂纹尖端高,应力集中区，同时与积分路径,无关；,可以由带裂纹的试样直接实验,测量。,内聚力模型,内聚能J,积分,裂纹扩展的数值分析方法,扩展,有限元法在,常规有限元位移模式中加入能够反映裂纹面不连续性的跳跃,函数，,避免,了常规,有限元计算断裂问题,时对,裂纹尖端重新加密,网格，在,处理断裂等不连续问题时具有独特,优势。,使用水平,集法对不连续面进行几何描述，实现对裂纹的动态追踪,。,模拟过程在,ABAQUS,软件中进行。,碳含量对钢裂纹敏感性的影响,碳,含量,对,T,的影响大,故对裂纹的,发生率,有很大的,影响。,C=0.180.20,%,是裂纹,敏感区。,C=0.20%,左右低碳钢,凝固时,在初生的凝层中,晶体,已联接,但晶体之间仍有液相存在,发生,包晶反应,时,相变应力导致,裂纹,产生。,C=0.18,%,的低碳钢收缩值最大,而此时,钢,的,延,展性,低,因而对裂纹敏感性大,。,硫锰含量对钢裂纹敏感性的影响,由统计得出,:Mn/S,为,13,14,时裂纹最少，也有人指出其比值大于,20,时裂纹大大减少。锰硫比增加使得钢在高温下延伸率增加而不影响强度，并且沿晶界分布的,FeS,被高熔点的,MnS,取代。资料证明,C=0.170.21%,的钢,Mn/S20,断裂延伸率超过,收缩率,二倍多,裂纹,减少。钢中,S20,可明显减少裂纹,。,S,裂纹敏感度。,Fe+S,FeS,，熔点低，分布在晶界，引起晶间脆性。,Mn,裂纹敏感度。,Mn+S,MnS,，熔点高，且有一定的塑性变形能力呈棒状分布在奥氏体基体中，不产生裂纹。,磷含量对钢裂纹敏感性的影响,磷,是强烈降低固相线温度的元素,它的,存在,会,降低,钢的高温塑性,且其,偏析和夹杂物又提供裂纹源。随着含磷量的,增加,钢中产生裂纹的机率增大,。据,统计分析,当钢中,P,0.015%,时,磷对钢的裂纹敏感性影响不大,。,其他元素的影响,裂纹,与钢中气体含量有关,如,氢气破坏,钢的,连续性,、,氧气生成,氧化物夹杂,破坏了钢的连续性,造成,裂纹,。,氮气与,铝化合生成,AlN,夹杂物于,晶界析出,加速了铁素体网状形成而导致钢的裂纹。,钢,中夹杂物因破坏了金属的连续性,在激,冷层,薄弱处承受不住收缩应力、热应力、组织,应力的,作用,形成裂纹,故钢中的夹杂物也是形成铸坯裂纹的重要原因。,研究方向,在连铸生产实践中,几乎不可能完全杜绝铸,坯裂纹,的产生,。,裂纹,的产生必定伴随,着局部应力,或应变过大的现象。消除铸坯裂纹的过程,就是寻找,产生过大应力或应变的原因,进而从设备、,工艺等,角度提出消除过大应力或应变措施的,过程,。,对,该钢种低延展性存在的温度范围的掌握,将有利于,裂纹的消除。,谢谢,