金属凝固微观组织数值模拟的研究进展

概述了目前国内外凝固微观组织数值模拟的研究进展,介绍了采用计算机进行微观组织模拟的几种主要方法,评述了当前所使用的物理数学模型的特点及局限性,指出了该领域目前面临的问题和未来发展趋势.     

铸件凝固微观组织数值模拟研究的新进展

列举了铸件微观组织模拟的几种典型研究方法，概述了这几种常用模拟方法近年来的改进与应用状况，简要地对这些方法进行了评述。同时介绍了一种较新的用于单向凝固的模拟方法——3D枝晶胞膜跟踪法，它主要应用于一些对缺陷的存在非常敏感的特殊部件的模拟。指出了铸件微观组织模拟目前面临的问题与未来发展趋势。     

铸造凝固微观组织模拟研究进展

铸造凝固微观组织模拟是用计算机模拟铸件微观组织的形成过程,以预测铸件的组织结构和性能.本文概述了目前国内外凝固微观组织数值模拟的研究进展、相关基本原理和模型,介绍了采用计算机进行微观组织模拟的几种主要方法,评述了当前所使用的物理数学模型的特点及局限性,指出了该领域目前面临的问题和未来发展趋势.     

铸件微观组织数值模拟研究进展

本文对铸件凝固过程微观组织模拟的研究进行了回顾,重点介绍了晶粒生长的确定模型和随机模型,分析了当前研究的特点和发展趋势。     

单相合金凝固过程微观组织的三维数值模拟

基于晶粒形核和生长物理过程及热质基本传输过程，建立了单相合金凝固过程微观组织和微观偏析形成及枝晶形貌演化的三维数学模型，模型中考虑了成分过冷．曲率过冷和各向异性等重要因素．数值模拟结果表明，所建数学模型能够合理反映质点形核、晶粒生长和柱状→等轴晶转变物理过程，温度场．溶质场和微观组织形貌的模拟计算结果合理自由枝晶生长过程的模拟结果表明，各向异性强度对枝晶生长和最终组织形貌具有重要影响：强各向异性趋于得到分支发达的树型结构，内部组织为取向平行排列规则的二次枝晶臂簇；而弱各向异性趋于得到表面凹凸不平的近似正八面体结构．模拟结果还证实枝晶内部存在小的孤立熔池，这有助于揭示微观组织中出现点偏析和微观缩松的根本原因．     

连铸圆坯凝固微观组织数值模拟

在连铸和随后的生产工艺中预测和控制钢材的微观结构是生产制造满足高质量要求的特殊钢的一项非常重要的任务。连铸过程是一个非常复杂的过程,在这一过程中伴随着热量传输、质量传输、凝固和相变。在CAFE模型中,元胞自动机方法与连铸过程中传热计算进行耦合。利用ProCAST软件对连铸圆坯的凝固过程进行仿真模拟,通过连铸坯温度测量证明预测的连铸坯表面温度与实际比较接近。应用CAFE法实现了连铸坯凝固过程三维微观组织及其形成过程的模拟,通过对比试验和模拟的圆坯的宏观结构对模拟的结果进行了评价,证明模拟结果与试验结果吻合。     

铸件凝固组织数值模拟的研究进展

本文概要综述了凝固组织数值模拟的基本方法，共晶合金和枝晶合金凝固组织的数值模拟进展，以及当前凝固组织数值模拟研究的发展方向。     

定向凝固微观组织的相场法模拟研究进展

定向凝固过程中的界面形态对凝固组织有着决定性作用，相场法可以很好地展示凝固过程界面形态的演化。阐述了二元合金定向凝固相场方法数值模拟的基本原理及国内外研究现状，以Ni-Cu二元合金为例，采用相场法模拟了定向凝固过程中界面形态的演化，并指出该领域目前所面临的问题及进一步的研究方向。     

采用元胞自动机法模拟凝固微观组织的研究进展

系统论述了元胞自动机(CA)方法模拟凝固微观组织的原理,同时介绍了这种方法在国内外的研究现状。实际上,国内外的研究主要经历了从晶粒结构到枝晶结构,从二维到三维、从没有流场到包含流场的逐步深入的发展历程。最后对CA方法的进一步研究方向提出建议,指出CA方法需要进一步完善现有模拟过程中所采用的生长动力学模型,同时可以将应用范围向半固态凝固领域拓展。     

金属凝固微观组织的相场模拟研究进展

金属凝固微观组织对金属的性能有着决定性的影响,利用相场方法模拟凝固微观组织形成和演化已在国内外取得成功.介绍相场方法的基本原理,综述近年来国内外在这一领域的研究进展,重点介绍相场方法在枝晶生长方面的应用,并指出了进一步的发展方向.     

金属凝固微观组织形成的数值模拟

依据金属凝固的基本理论,在Oldfield的连续形核和晶粒长大模型基础上,引入了时间因子,运用随机方法,建立了连续冷却条件下形核和生长的随机模型,使形核和生长模型函数与时间直接相关,反映了连续冷却条件下的金属凝固微观组织的演化过程。基于上述模型,编制了计算模拟程序,模拟了Zn-5Al共晶合金微观组织的凝固过程,并用试验结果对模拟结果进行了验证对比,模拟结果与试验结果基本相符。     

铸造铝合金微观组织模拟

用凝固过程数值模拟技术预测铝合金铸件的晶粒组织 ,进而预测铸件力学性能已成为国内外铸造领域的研究热点 ,M.Rappaz和 J.A.Spittle,S.G.R.Brown等学者基于决定论、随机论方法提出了预测铸件晶粒组织形成的计算模型 ,模拟晶粒的二维生长与实验结果很符合。相场方法是一种三维微观组织的直接模拟方法。建立了相场模型 ,模拟晶粒的三维生长 ,反映了凝固因素对晶粒形状的影响 ,也反映了扰动对树枝晶枝晶结构的影响。进一步建立多晶粒的生长模型 ,预测二次枝晶臂的间距 ,建立力学性能与二次枝晶臂的间距的关系模型     

相场模型及其在凝固组织模拟中的研究进展

相场法作为一种模拟凝固微观组织的有效方法,是目前研究的热点.对相场模型的基本原理、数值计算方法以及在凝固组织模拟中的研究进展进行了综述,提出了相场模型在微观组织模拟中存在的主要问题以及今后的发展方向.     

铝合金铸件凝固微观模拟研究

通过对国内外微观组织模拟方法和对微观晶粒的形核和生长的研究,开发了微观组织模拟软件。利用该软件对Al-Si合金铸件凝固过程的微观组织形态进行了数值模拟,并能预测铸件的力学性能。模拟结果与实验的结果比较接近,说明了该软件具有应用前景,但部分功能还有待在实践中进一步完善。     

热型连铸凝固过程微观组织形成的数值模拟

采用宏观一微观耦合的方法，建立了宏一微观统一的数学物理模型[直接差分（Direct Difference）一元胞自动控制（Cellular Automaton）模型，即CA-DD模型]，模拟了热型连铸过程中晶粒的竞争生长过程，并研究了不同工艺参数对固-液界面形状及晶粒竞争生长的影响。模拟结果表明，采用宏-微观耦合的方法模拟热型连铸过程中微观组织的演化过程以及各种工艺参数对组织形成的影响是有效、可行的。     

Monte Carlo方法在定向凝固模拟中的应用

应用MonteCarlo方法模拟了定向凝固条件下微观组织的形成过程,同时还模拟了双向凝固,四连由表面向中心凝固及整体凝固的微观组织形成过程,模拟结果与实际情况非常接近,同时分析了MonteCarlo方法用于微观组织模拟存在的问题和不足之处。     

铝合金压铸件充型和凝固过程的数值模拟

分析了压力铸造的工艺特点以及对压铸过程数值模拟软件系统的要求,利用基于有限元算法的铸造过程数值模拟软件对铝合金压铸件的充型和凝固过程的物理场进行了数值模拟,模拟结果对实际铸件的生产具有重要指导意义。     

非晶合金凝固过程数值模拟研究进展

综述了非晶合金凝固过程数值模拟研究的最新成果及动态,重点介绍了与几种常见的非晶制备方法相对应的计算模型,并进行了相应的分析和评述.最后对非晶合金凝固过程数值模拟今后的研究工作进行了展望.     

船用柴油机活塞铸造顺序凝固工艺设计及数值模拟

在生产壁厚变化较大的复杂球墨铸铁零件中,仅依靠球墨膨胀难以消除铸件缩孔、缩松等缺陷。通过数值模拟,分析了某船用柴油机活塞铸造缩孔、缩松产生的成因。采用阶梯流道、冷铁及冒口布置建立了顺序凝固方案,并通过数值模拟及试验方法进行验证。结果证明,通过顺序凝固方案能够消除活塞缩孔、缩松缺陷。