电极熔速对电渣接续制备双轻质钢复合界面特性影响的模拟研究

摘要

采用电渣接续重熔工艺，通过先重熔高密度钢24Mn3Al4（密度约7.16 g/cm³）再重熔低密度钢53Mn5Al4（密度约6.92 g/cm³）的梯度策略，制备24Mn3Al4/53Mn5Al4双轻质钢复合材料。结合有限元模拟与实验验证，研究电极熔速（0.000 5～0.001 5 m/s）对复合界面形貌与结合强度的影响规律。结果表明：连续重熔过程中系统温度呈渣池（最高）→金属熔池→结晶器（最低）的分布特征，温度场和熔池形貌均表现出轴对称U形结构且具有显著的时间稳定性；熔速由0.000 5 m/s提升至0.001 5 m/s时，金属熔池深度显著增加(熔池深度H_M与钢锭直径D_In的比值由0.29增至0.65)，同时熔渣/金属界面高温区范围扩大且糊状区增宽；在0.001 0 m/s中等熔速下，复合界面获得最优结合强度（574.89 MPa），较0.000 5 m/s（384.08 MPa）和0.001 5 m/s（512.61 MPa）分别提升了49.7%和12.2%，表明0.001 0 m/s是制备该双轻质钢复合材料的最佳熔速参数。模拟结果与实验结果高度吻合（HM/DIn误差<10%），有效验证了有限元模型的可靠性，本研究为轻质钢复合材料的制备工艺优化提供了理论依据。

关键词

电渣重熔 / 轻质钢 / 复合材料 / 熔速 / 界面工程 / 有限元模拟 / 熔池形状 / 结合强度

基金资助

安徽省重点研究和开发计划(202304a5020082); 安徽省重大产业创新计划(AHZDCYCX-LSDT2023-01)