枝晶生长的三维元胞自动机模拟

通过将元胞自动机和有限差分方法相耦合,建立了立方体系金属和合金枝晶生长的三维模型.应用该模型,模拟了Al-Cu合金过冷熔体中自由枝晶的生长和定向凝固条件下Al-Cu合金凝固组织演变过程.模拟结果清楚展现了过冷熔体中自由枝晶的生长过程和定向凝固过程中枝晶的形成与淹没,与理论预测和实验结果相吻合,表明所发展的模型能够较准确...     

定向凝固过程中镍基高温合金铸件的枝晶生长模拟（英文）

提高铸件的性能需要对其凝固过程中枝晶的生长深入了解,为此,采用数值模拟方法对定向凝固(DS)过程中枝晶的生长进行详细研究。考虑溶质扩散并耦合宏观温度场建立预测枝晶生长的多尺度模型。采用定向凝固实验验证模型的准确性,冷却曲线以及晶粒形貌的实验结果和模拟结果吻合较好。采用所建立的模型模拟枝晶的竞争生长,讨论分析具有不同结晶取向角枝晶的竞争生长行为。随后,采用模拟和实验的方法对三维枝晶的生长进行研究,模拟和实验结果吻合较好。通过3个不同的算例研究初始形核数对枝晶生长的影响。研究表明:初始形核数对柱状晶起始阶段的生长影响较大,对铸件最终的枝晶形貌和一次枝晶臂间距(PDAS)影响较小。     

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.     

DD6高温合金定向凝固枝晶生长的数值模拟研究

采用元胞自动机-有限差分(CA-FD)方法对DD6高温合金高速凝固法(HRS,high rapid solidification)定向凝固树枝晶三维生长过程进行模拟研究.建立温度场和溶质场耦合控制的枝晶生长模型,考虑抽拉速率和温度梯度等凝固条件的影响,同时考虑成分过冷、溶质分配系数、晶体择优取向等合金物性参数,模拟研究了枝晶形态的演化过程.模拟结果反映了高温合金树枝晶的竞争生长及形貌特征,描述了凝固过程的溶质分布变化及枝晶间距的动态调整过程.研究工作将模拟结果与实验结果进行了对比,两者吻合良好.模拟能够预测DD6高温合金HRS法定向凝固过程的枝晶形貌及一、二次枝晶间距动态调整过程.     

铝硅合金微观组织数值模拟的研究现状及发展趋势北大核心

随着计算材料的发展，数值模拟技术已在铝硅合金凝固过程微观组织的研究中发挥了重要作用。本文就数值模拟技术应用于铝硅合金凝固过程微观组织的形成过程，综述了模拟铝硅合金微观组织形成过程必要的形核与生长模型；着重描述了广泛应用于模拟铝硅合金微观组织形成过程的方法，如元胞自动机法和相场法；最后展望了未来铝硅合金数值模拟技术的发展趋势。     

铝基四元合金枝晶组织及微观偏析的数值模拟

建立了基于元胞自动机(CA)和热力学相平衡计算引擎(PanEngine)的二维耦合模型,并应用于铝基四元合金枝晶组织和微观偏析的数值模拟.在该耦合模型中,采用CA方法模拟枝晶组织的演变.以固/液界面的平衡液相线温度和实际温度的差值作为枝晶生长的驱动力,同时考虑了固/液界面曲率的Gibbs-Thomson效应.通过求解溶质传输方程获得固/液界面处三种溶质的液相成分,耦合PanEngine获得固/液界面处的平衡液相线温度及三种溶质的平衡固相成分,为提高计算效率,采用预制数据表格的优化策略将CA与PanEngine进行耦合.将Al-4.5Cu-0.5Mg-1Si(质量分数,%)四元合金凝固时的固相分数随温度的变化以及固相分数和固相成分分布关系的模拟结果与Scheil模型和平衡凝固模型的预测结果进行了对比,结果表明,该模型不仅可应用于模拟多元合金中的枝晶生长形貌,而且能对铝基四元合金系凝固的微观偏析进行定量预测.     

铝合金铸件凝固过程二次枝晶臂间距模拟计算

以铸造CAE温度场为基础,根据Furer-Wunderlin二次枝晶臂间距计算方法,建立了预测铝合金铸件凝固过程二次枝晶臂间距的计算模型。计算了ZL101A阶梯形铸件在凝固过程中不同部位的局部凝固时间和各个时刻的二次枝晶臂间距大小,对铝合金试验铸件进行金相组织观察,测量计算得到了铸件的实际二次枝晶臂间距大小,将计算结果与试验结果进行对比,验证了计算模型的准确性。     

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.     

MODELING OF DENDRITIC STRUCTURE AND MICROSEGREGATION IN SOLIDIFICATION OF AL-RICH QUATERNARY ALLOYS

建立了基于元胞自动机(CA)和热力学相平衡计算引擎(PanEngine)的二维耦合模型, 并应用于铝 基四元合金枝晶组织和微观偏析的数值模拟. 在该耦合模型中, 采用CA方法模拟枝晶组织的演变. 以固/液界面的平衡液相线温度和实际温度的差值作为枝晶生长的驱动力, 同时考虑了固/液界面曲率的Gibbs-Thomson效应. 通过求解溶质传输方程获得固/液界面处三种溶质的液相成分, 耦合PanEngine获得固/液界面处的平衡液相线温度及三种溶质的平衡固相成分. 为提高计算效率, 采用预制数据表格的优化策略将CA与PanEngine进行耦合. 将Al-4.5Cu-0.5Mg-1Si(质量分数, %)四元合金凝固时的固相分数随温度的变化以及固相分数和固相成分分布关系的模拟结果与Scheil模型和平衡凝固模型的预测结果进行了对比, 结果表明, 该模型不仅可应用于模拟多元合金中的枝晶生长形貌, 而且能对铝基四元合金系凝固的微观偏 析进行定量预测.