铸造合金凝固模拟潜热处理综合模型研究（一）

铸造合金潜热释放模型对铸件凝固过程温度场模拟有很大影响。本文对合金潜热处理温度回升法进行修正，建立了一种适用于任意合金的凝固综合潜热处理方法。并经实际应用进行了考核。     

采用温度回升法对任意结晶区间的铸件凝固结晶潜热的数值计算

铸件凝固结晶潜热的释放行为与凝固传热、溶质传输及铸造合金种类与成分等诸多因素有关，合金凝固过程中其温度、固相体积分数与液相成分(T-fs—CL)三者之间一般存在着非线性强耦合关系．采用合金凝固传输统一模型及温度回升(补偿)法提出的处理任意结晶温度区间(包括零结晶区间)凝固潜热释放问题的数值迭代计算方法，对不同合金成分与不同固相反扩散效应的二维Al—Cu合金铸件定向凝固传输过程进行了数值计算，表明该方法对于从纯金属到共晶成分的不同成分合金及从Scheil模型到Lever-Rule模型之间的任意凝固模式均是有效的．将该方法推广应用于叶片铸件三维凝固传输过程的T-fs—CL耦合数值模拟仍显示出高的计算效率．通过对计算结果进行的三维图像数据处理，展示了铸件几何形状对凝固传输行为的重要影响．     

灰铸铁凝固过程结晶潜热处理模型

基于潜热处理的温度回升法,针对灰铸铁凝固过程中具有初晶和共晶两个阶段的凝固特性,提出了适合灰铸铁的带共晶的潜热处理方法。根据Fe-C-Si三元合金相图,采用杠杆定律来计算初晶和共晶的分配系数。将该方法应用于实际灰铸铁件的凝固模拟计算,并将计算结果与不区分初晶与共晶过程的潜热处理方法的计算结果相比较。该方法的计算结果更接近实际凝固情况。     

铸件凝固潜热的处理方法与应用研究

通过温度回升法与等效热容法的结合,提出了一种能够处理铸件凝固潜热释放问题的方法,它可适用于任意结晶温度区间,且计算效率很高.以生产厂铸件为研究对象,将此处理方法应用于预测铸件凝固时的温度分布,结果表明,计算值与实测值相符.     

二元合金非等温凝固过程的相场法模拟

基于Ginzburg-Landau理论,发展了一个新的相场模型.并利用该相场模型与溶质场、温度场进行耦合计算,以Al-6.5Cu合金为例模拟了二元合金非等温凝固和等温凝固的等轴枝晶生长过程.研究了凝固潜热对过冷合金熔液中的等轴枝晶生长以及溶质场和温度场的分布的影响.结果表明:潜热的释放在一定程度上抑制了枝晶的生长,使非等温凝固时枝晶没有等温凝固时发达,并且凝固界面的溶质浓度也会降低,但不会改变在枝晶生长过程中浓度分布情况.而且非等温凝固时的Peclet数值与Ivantsov理论值符合得更好.     

A356-5SiCp和A356吸铸温度变化的对比分析

对体积分数为5％的SiC颗粒增强的A356复合材料和A356合金分别进行吸铸试验,测量熔体充型与凝固过程中铸件和铸型的温度,讨论了SiCp/A356复合材料与A356合金的铸件和铸型的温度变化规律.结果表明,SiCp的加入使SiCp/A356复合材料凝固前温度下降速度增大,凝固后的温度下降速度减小;同时由于潜热不同,SiCp/A356复合材料结晶温度低于A356合金.     

Ag-Cu合金凝固微观组织模拟数学模型

针对Ag-Cu合金在凝固微观组织模拟研究中的不足,研究基于CA(Cellular Automaton)法与宏观传输现象中的温度场、浓度场和流动场耦合,建立了Ag-Cu合金凝固微观组织模拟的宏/微观数学模型.介绍了CA法宏观网格的划分和微观单元温度的确定,以及形核长大过程的计算流程和采用等价比热法处理凝固潜热的方法.     

Al-Cu二元合金相变储热机理研究

对3种不同成分的Al-Cu合金的储热性能进行了测试.结果表明,随Cu含量的增加,合金的凝固潜热呈下降趋势.运用EET理论对Al-Cu二元合金价电子结构进行了计算.结果表明,θ相比α的最强键要强,两相的键能与析出量直接影响合金的凝固潜热的大小.     

多元合金多晶粒的枝晶生长非等温相场模拟

基于多元合金多晶粒生长的等温相场模型,耦合温度场,发展一个新的非等温枝晶生长相场模型.利用该模型,以Al-Cu-Mg三元合金为例,模拟多元合金凝固过程中多个晶粒枝晶生长过程.结果表明,该型计算结果展现了多个晶粒枝晶的竞争生长,能较真实再现凝固过程中的枝晶生长过程;展示凝固潜热的释放;在枝晶中,先凝固部分温度要低于后凝固部分;过冷度越大,凝固速度越快.     

合金凝固过程再辉现象的数值模拟

本文采用二元合金的等温相场模型,在假定温度在计算区域空间上保持一致的情况下耦合计算热平衡方程,以Al4.5%Cu合金为例模拟了在不同冷却速率下二元合金凝固过程的枝晶生长过程及其再辉现象.结果表明:利用相场模型可以逼真地模拟二元合金过冷熔体中的枝晶生长过程,与试验得到的枝晶形貌吻合较好;凝固潜热和冷却速率显著影响枝晶的生长行为,再现其凝固过程的再辉现象,模拟的结果与经典枝晶生长理论相吻合.     

Determination of latent heat and changes in solid fraction during solidification of Al-Si alloys by the CA-CCA method

Effects of Si content and the presence of various minor elements, e.g. Mg, Ti, Sr and P, on the latent heat of Al-Si alloys have been analysed by the CA-CCA method. The results indicate that the latent heat of Al-Si alloys increases with increasing Si content. For hypo-eutectic and eutectic alloys, Sr-modified and Ti-grain refined alloys release more latent heat than non-treated alloys. However, for hyper-eutectic alloys, the latent heat values are lower for P-refined and Ti-grain refined alloys than for non-treated alloys. In addition, the introduction of Mg into Al-Si alloys increases the latent heat. Linear and higher order regression formulae for fitting the latent heat with Si content have been obtained in this study. The results of the measured latent heat through both the CA-CCA method and the DTA method and the theoretical latent heat values calculated by the simple mixture rule have been compared.

Furthermore, the changes in solid fraction during solidification of Al-Si alloys with various compositions have also been determined by the CA-CCA method by taking into account the difference in latent heat between the Al and Si phases. Finally, the fluidity lengths of Al-Si(Mg) alloys have been related to latent heat, percent eutectic and superheat.     

铝材连续铸挤动态凝固过程有限元分析

利用有限元法研究了连续铸挤工艺中液态金属的动态凝固过程 ，数值计算和实测结果表明，摩擦热和变形热对铝材连续铸挤凝固区的温度场有较大影响，采用等价比热法处理凝固潜热问题是切实可行的，通过速度场与温度场的耦合计算，得到了凝固区的温度场分布情况。     

用微型计算机进行三维凝固模拟

本文研究和开发了适用于微型计算机的三维凝固模拟软件SOL/3D,能有效地预测缩孔、缩松等铸造缺陷。计算方法采用直交剖分的直接差分法;潜热处理采用等价比热法与温度修正法相结合的方法;在节约内存量和提高计算速度的基础上尽可能提高计算精度,并在三者之间取得合理平衡;对直交剖分带来的误差采用了热容量修正技术;针对不同铸造合金的凝固特点,对收缩缺陷判据进行了研究和扩展。此软件适用于固溶体型合金、共晶型合金及含石墨铸铁三种类型的铸件及多种铸型的系统。     

多元合金耦合热力学数据非等温凝固的相场模拟

研究一种多元合金的非等温相场模型,定量地模拟工业多元合金的真实凝固过程,结合热力学和扩散迁移率的数据来预测整个系统中的相平衡、溶质扩散系数、比热容和放出的潜热。结果表明：这些参数不是常数,它们的值与成分和温度有关。没有这些参数,定量模拟多元合金的凝固几乎是不可能。在这个模型中,界面区域假设是由有同样化学势的固相和液相混合而成的,但组成不同。这个模型中同样考虑反溶质截流。一并将模型应用到工业Al?Cu?Mg合金的各向枝晶自由长大的凝固过程。     

用有限元法对铸件铸造缺陷的预测

以有限元法为理论基础,ANSYS软件为平台,建立铸件凝固过程的数学模型,对铸造凝固过程进行了温度场、温度梯度场和应力应变场的数值模拟。模拟时考虑相变中结晶潜热、材料随温度变化的非线性因素。得到了铸件在凝固过程的各种瞬态场的分布和变化规律。预测出了铸件可能出现缩孔、缩松等铸造缺陷的位置;同时探讨了判断热裂纹的方法。结果表明,模拟预测与生产验证结果基本一致。     

Phase-field simulation of dendritic growth for binary alloys with complicate solution models

1 INTRODUCTION The formation of complex microstructures during solidification of metals and alloys have fas- cinated researchers in materials science and related areas for so many years , especially the formation of dendritic structures . In many commercial al- loys , microstructural features that determine the mechanical integrity of a cast ingot ,such as solute segregation, grain size and porosity , all depend critically on the morphologies and velocities of in- dividual or arrays of gr…     

不锈钢焊接凝固裂纹温度场的数值模拟

进行不钢焊接凝固裂纹温度场分析与数据模拟。首先将电弧民辐射状对称并呈高斯分布的二维热流作用于工件表面,解决了电弧产热问题;其次,通过液淬法测试金属的固相分数随温度变化率,得到了凝固热放率;最皇采用增大热传导系数的方法,考虑了熔池内流体流动对整个温度场的影响。在此基础上,建立了二维焊接凝固裂纹温度场计算模型。此外,采用有限元方法计算了二维焊接凝固纹温度场,并研究了焊接规范参数及材料的热物理性能对 影