Micromodel of Simulation on Twin-Roll Continuous Casting Thin Strip Solidification Structure

在研究双辊连铸铝合金薄带工艺凝固过程的基础上,基于金属凝固的基本原理,建立双辊连铸铝合金薄带凝固的异质形核、枝晶尖端的生长动力学(KGT)、柱状晶向等轴晶生长的转变(CET)的解析模型,同时建立基于元胞自动机(CA)的双辊连铸铝合金薄带凝固组织的仿真模型,为双辊连铸薄带凝固组织形成的仿真模拟奠定基础,从而为双辊薄带连铸工艺提供一定的理论指导。同时利用铝合金双辊薄带连续铸轧组织凝固过程验证了数学模拟的可行性。     

铝双辊连续铸轧凝固微观组织的数值模拟(英文)

在研究双辊连铸纯铝薄带凝固过程的基础上,基于金属凝固的基本原理,并运用现代计算机仿真技术建立双辊连续铸轧纯铝薄带凝固的异质形核,枝晶尖端的生长动力学(KGT),柱状晶向等轴晶生长的转变(CET)的解析模型;建立基于元胞自动机(CA)的双辊连铸纯铝薄带凝固组织的仿真模型,为双辊连铸薄带凝固组织的仿真模拟奠定基础,从而为双辊薄带连铸工艺提供一定的理论指导。同时,利用双辊薄带连续铸轧纯铝凝固微观组织过程验证数学模拟的可行性。     

双辊连铸铝合金薄带凝固组织模拟的微观模型

在研究双辊连铸铝合金薄带工艺凝固过程的基础上,运用金属凝固的基本原理,并运用现代计算机仿真技术,建立了双辊连铸铝合金薄带凝固的异质形核、枝晶尖端的生长动力学、柱状晶向等轴晶转变(CET)的解析模型,同时建立了基于元胞自动机(CA)的双辊连铸铝合金薄带凝固组织的仿真模型,为双辊连铸薄带凝固组织形成的仿真模拟奠定了基础.     

Simulation of Grain Growth during Solidification of Twin-Roll Continuously Cast Pure Aluminum with a Modified CA Model

基于枝晶生长的基本传输过程和元胞自动机(Cellular Automaton,简称CA)-有限元(Finite Element,简称FE)模型基本原理,建立了适应双辊连续铸轧纯铝薄带工艺特点的凝固过程形核和晶体生长的数学模型。模型耦合了宏观温度场和微观组织模拟计算,考虑了溶质扩散、曲率过冷和潜热释放等重要因素的影响,能够模拟凝固过程中枝晶生长的形态。应用本模型对双辊连续铸轧纯铝薄带凝固过程中等轴晶生长、等轴晶多晶粒生长及柱状晶生长、柱状晶向等轴晶演化进行模拟并与实验结果进行对比,模拟结果与实验结果吻合较好     

薄带双辊铸轧过程凝固组织的数值模拟

采用有限元方法计算铸轧过程中的宏观传输现象,用元胞自动机方法模拟微观凝固组织,将二者耦合模拟了双辊铸轧薄带凝固过程中晶粒的形核与长大过程,实现了对双辊铸轧薄带凝同过程组织演变的模拟;并以镁合金AZ31B为对象,研究了薄带铸轧工艺过程中的主要工艺参数(浇注温度、铸轧速度等)对镁合金薄带凝固组织的影响规律,从而为通过工艺优化来控制铸轧薄带的凝固组织提供了理论依据.     

铸轧镁合金薄带组织演变实验研究与模拟

以镁合金薄带双辊铸轧新技术为背景,开展了铸轧成形过程中组织性能的模拟研究。镁合金薄带双辊铸轧是以液态镁合金为原料,用两个反向转动的水冷铸辊为结晶器,直接制备1．5～3．0mm镁合金薄带的短流程新工艺。对双辊铸轧轻合金薄带的凝固组织演化过程进行数值模拟,用以优化和指导制备技术,具有重要的理论意义和应用前景。项目研究组通过对双辊铸轧过程动态凝固成形的有限元数值模拟研究、镁合金薄带铸轧实验研究以及后续加工过程中的组织演变规律研究,得到了主要工艺参数对铸轧工艺稳定性及组织性能的影响规律。     

工艺参数对双辊薄带铸轧中心层偏析影响

双辊薄带铸轧过程中工艺参数对中心层偏析有重大影响,针对双辊薄带铸轧机的特点,利用多相流技术建立完全耦合溶质场、流场、温度场的数学模型,对铸轧熔池中液相-液固两相-固相同时存在的复杂凝固过程进行模拟仿真,研究分析铸轧熔池中Mg、Si元素溶质场与流场分布特征,对比研究不同工艺参数(浇铸温度、辊缝宽度)对铸轧薄带中心层偏析的影响规律,并结合铝合金6061的铸轧实验对结论进行验证。     

枝晶生长模型对双辊薄带连铸组织模拟的影响

枝晶生长模型的选择对于准确预测金属凝固组织有着决定性作用。LGK和KGT是目前应用较广的模型,分别使用LGK和KGT模型对凝固组织进行模拟比较,选择适用于双辊薄带连铸过程的枝晶生长模型。研究结果表明,KGT模型的模拟结果显示了晶粒吞噬、柱状晶向等轴晶转变(CET)等金属凝固现象,而LGK模型则无此现象。因此KGT模型能更加准确地预测双辊薄带连铸的凝固组织,试验结果的验证也证实了这一结论。     

上方侧注式双辊铸轧1050铝薄带的研究

采用上方侧注式双辊铸轧工艺制备了1050铝铸轧薄带,并观察了薄带金相组织。结果表明,1050铸轧薄带表面质量良好;薄带厚度随带坯长度的增加而先增加后趋于稳定。金相组织观察表明,上方侧注式双辊铸轧薄带上辊侧与下辊侧组织存在明显差异。上辊侧为等轴生长的凝固组织,下辊侧为轧制变形组织,且中间存在一条分界线,是由于轧制作用改善冷却条件所产生的。     

双辊连铸纯铝元胞自动机-有限单元法微观组织模拟

采用元胞自动机-有限单元法模型对双辊连续铸轧纯铝凝固组织进行了模拟。形核模型采用基于高斯分布的连续性形核模型,辊面和熔体内部形核采用两种形核分布函数;枝晶尖端生长速度和局部过冷度的关系采用修正的KGT模型。并研究了工艺参数和凝固参数对凝固晶粒组织的影响。结果表明,所建立的数学模型能够合理描述晶粒沿任意角度生长的过程,对温度场、溶质场和微观组织形貌的模拟计算结果合理。随着辊面传热系数的增大,薄带柱状晶宽度增加;随着体积形核密度的增大,薄带柱状晶宽度减小且晶粒组织变得细小均匀。     

铸造速度对双辊薄带凝固组织影响的模拟预测

利用已建立的理论数学模型,以1Cr18Ni9Ti不锈钢为研究对象,模拟预测了在薄带厚度保持不变条件下铸造速度对薄带凝固组织中柱状晶区比例、柱状枝晶间距和取向度的影响规律.结果表明:随着铸造速度增大,1Cr18Ni9Ti不锈钢双辊薄带凝固组织中柱状晶区比例首先增大,然后又逐渐减小.而柱状枝晶取向度和枝晶间距则随着铸造速度的增大而减小,但在较快的铸造速度条件下,柱状枝晶间距在凝固结束时有突然增大的趋势.     

Microstructure of aluminum twin-roll casting based on Cellular Automation

Nucleation and growth model based on Cellular Automation（CA） incorporated with macro heat transfer calculation was presented to simulate the microstructure of aluminum twin-roll casting. The dynamics model of dendrite tip （KGT model） was amended in view of characteristics of aluminum twin-roll casting. Through the numerical simulation on solidification structure under different casting speeds, it can be seen that when the casting speed is 1.3 m/min, that is, under conditions of conventional roll casting, coarse columnar grains dominate the solidification structure, and equiaxed grains exist in the center of aluminum strip. When the casting speed continuously increases to 8 m/min, that is, under the conditions of thin-gauge high-speed casting, columnar grains in solidification structure all convert into equiaxed grains. Experimental and numerical results agree well.     

双辊薄带连铸过程温度场计算模型的建立及验证

以热焙法处理结晶潜热和以假设的流线边界划分网格节点，建立了双辊薄带凝固过程的温度场计算模型，实现了对双辊薄带连铸过程温度分布的定量描述。实验验证表明：该数学模型预测的温度与实测值基本吻合．说明所建温度场计算模型是可靠的，可用此模型研究工艺参数变化对薄带连铸过程中温度场的影响规律。     

Continuous fabrication of bulk amorphous alloy sheets by twin-roll strip casting

Twin-roll strip casting was utilized to fabricate the sheet products of Zr- and Cu-base bulk amorphous alloys with quite different glass forming abilities (GFAs). Simulation of the solidification behavior of the these amorphous forming alloys during twin-roll strip casting shows that suitable cooling rate can be achieved by twin-roll strip casting to form amorphous structure through the thickness of sheet. Optimum twin-roll strip casting conditions have been suggested based on the simulation results. Actual twin-roll strip casting shows that both Zr-base alloy with high GFA and Cu-base alloy with much less GFA can be strip cast forming amorphous structure. The results indicate that the twin-roll strip casting is a viable process for continuous fabrication of sheets of bulk amorphous alloys with a wide range of critical cooling rates.     

浇注温度对双辊薄带凝固组织影响的模拟预测

在已建立的理论数学模型的基础上，以1Cr18Ni9Ti不锈钢为研究对象，模拟预测了在薄带厚度保持不变条件下浇注温度对薄带凝固组织中柱状晶区比例、柱状枝晶间距和取向度的影响规律。结果表明：随着浇注温度升高，1Cr18Ni9Ti不锈钢双辊薄带凝固组织中柱状晶区比例首先增大，然后又逐渐减小。而柱状枝晶取向度和枝晶间距则随着浇注温度的升高而减小，但在较高的浇注温度条件下，柱状枝晶问距在凝固结束时有突然增大的趋势。     

双辊连续铸轧凝固过程数学模型的建立及验证

以等价比热容法处理结晶潜热和以假设的流线边界划分网格节点,建立了双辊连铸薄带凝固过程的宏观速度场、传热、溶质传输和凝固组织形成的微观数学模型以及双辊连铸薄带凝固过程的宏观-微观耦合数学模型.同时,以固相率为媒介,采用宏微观不同的网格尺寸和时间步长,实现了宏观模型与微观模型的耦合,并对建立的双辊连铸薄带凝固组织形成的数学模型进行了验证.     

双辊薄带连铸过程的数学模型研究及其进展

综述了双辊薄带连铸过程数学模型的研究和进展情况，比较和分析了各类数学模型的特点，指出了目前还存在的问题，并展望了今后的发展方向。