[發明專利]一種連鑄坯宏觀偏析預測方法

有效

• 申請號: 201710867053.7
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107657108B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 龍木軍;桂林濤;陳登福;陳華標;劉濤;黃云偉;俞晟
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F30/17;G06Q10/04;G06F119/08
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 伍倫辰

1.一種連鑄坯宏觀偏析預測方法，其特征在于：包括以下步驟：

第一步、建立連鑄凝固宏觀偏析模型，得到未考慮夾雜物析出時連鑄坯內的溶質濃度分布及溫度分布情況；

第二步、基于第一步中的連鑄坯內的溶質濃度分布及溫度分布情況，引入夾雜物析出計算模型；根據夾雜物析出熱力學理論及溶質質量守恒定律，計算獲取夾雜物在鑄坯內的析出分布情況，以及夾雜物析出對溶質的消耗量；

第三步、基于第二步中的計算結果，根據夾雜物析出后的溶質濃度，重新計算修正第一步中連鑄宏觀偏析模型計算所得的溶質濃度分布，最終預測獲取考慮夾雜物析出的連鑄坯內溶質宏觀偏析分布；

其中，上述“第二步、基于第一步中的連鑄坯內的溶質濃度分布及溫度分布情況，引入夾雜物析出計算模型；根據夾雜物析出熱力學理論及溶質質量守恒定律，計算獲取夾雜物在鑄坯內的析出分布情況，以及夾雜物析出對溶質的消耗量”的步驟包括：

(1)對夾雜物析出與否進行判斷

基于夾雜物析出熱力學理論依據，結合上述得到的連鑄坯內的溶質濃度分布和溫度分布對連鑄坯內夾雜物是否會析出進行判斷；

夾雜物析出與否熱力學判斷方法如下：

反應物或溶質元素M和N發生反應生成夾雜物MN的化學反應式如下：

M+N＝MN

ΔG^Θ＝A+BT

ΔG＝ΔG^Θ+RTlnK_MN

上式中，ΔG^Θ為化學反應生成MN的標準吉布斯自由能，ΔG為化學反應生成MN的吉布斯自由能，單位為：j/mol；T為反應溫度，單位為K；ω_M和ω_N分別為反應物M和N的濃度，wt％；f_M和f_N分別為反應物M和N的活度相互作用系數；a_MN是生成物MN的活度；R為理想氣體常數，8.314J/(mol·K)；A和B為常數，其值由具體化學反應決定；

根據“第一步”計算所得的連鑄坯內溶質濃度分布和溫度分布，即ω_M，ω_N和T，代入ΔG計算式中，即可對鑄坯內相應位置夾雜物MN能否析出進行判斷；上述化學反應中，當ΔG＜0時，化學反應能夠發生并生成夾雜物MN；否則，化學反應不能進行，無夾雜物MN生成；

(2)夾雜物析出量、溶質消耗量，以及夾雜物析出后溶質濃度計算

如果夾雜物MN能夠析出，則MN析出后溶質元素M、N的濃度計算方法如下：

夾雜物MN析出后，溶質元素M、N的濃度等于相應溫度下的反應物M、N的平衡濃度；此時，ΔG＝0，即：

式中，ω_M,ep、ω_N,ep分別為相應溫度下夾雜物MN析出后溶質M、N的平衡濃度；夾雜物MN析出時，夾雜物MN中的溶質元素M、N的含量需保證為理想化學配比，即：

根據溶質質量守恒定律，有：

Δω_M＝ω_M-ω_M,eq

Δω_N＝ω_N-ω_N,eq

Δω_MN＝Δω_M+Δω_N

ω_M、ω_N分別為夾雜物MN析出前溶質M、N的濃度；M_M、M_N分別為溶質元素M、N的相對原子質量；△ω_M、△ω_N分別為夾雜物析出對溶質M、N的消耗量；△ω_MN為夾雜物MN析出量，根據此夾雜物MN析出量計算結果，可獲取連鑄過程夾雜物MN在整個連鑄坯內的析出分布。