Pb-Sn合金凝固通道偏析的实验与数值模拟研究

通过实验和数值模拟研究了Pb-19%Sn合金侧向凝固过程中的通道偏析.结果表明:铸锭侧向冷却时,糊状区中的富集溶质(Sn)由于密度小而向上运动.固相分数愈大,枝晶间流动强度愈小.偏析通道中的富集溶质相对于周围凝固时间长;通道由糊状区向最后凝固区域生长.侧向凝固的铸锭在顶部形成正偏析,在底部形成负偏析,在表面形成"沟槽"偏析,在铸锭内部形成A形偏析.基于本文数学模型的数值模拟结果与实验模拟结果一致,可反映侧向凝固与通道偏析的形成规律.     

垂直定向凝固条件下通道偏析形成过程的数值模拟

建立了描述合金凝固过程热－溶质对流和宏观偏析形成过程的数学模型。模型中耦合求解了凝固过程中质量、动量、能量和溶质守恒方程；同时，基于固液两相区中温度和成分的耦合关系建立了固相分数场的更新方法。利用该模型模拟了底部冷却的二维矩形区域内Fe-C合金凝固过程中通道偏析的形成和发展过程。模拟结果表明，垂直定向凝固条件下通道偏析形成于液相线前沿附近，而不是两相区内部。这一结果很好地支持了文献中基于实验观察提出的通道偏析形成机理。     

铸钢件凝固过程中自然对流引起的宏观偏析模拟

使用ＳＩＭＰＬＥＲ算法,基于体积平均的描述对铸件凝固宏观传输过程的温度场、溶质场、流场耦合模型进行了求解。应用此模型对铸钢件凝固过程进行了模拟,考察了自然对流对传热、传质的影响。结果表明,自然对流显著改变了糊状区等温经的形状与溶质浓度的分布,此模型定量地预测了铸件的宏观偏析,采用Ｓｕｚｕｋｉ判据,计算出了Ａ型偏析可能出现的位置。     

凝固过程微观偏析数值模拟的研究发展

微观偏析现象对于合金性能和后续加工有非常重要的影响 ,对它的数值模拟研究已受到许多研究者的关注 ;回顾并简单地介绍微观偏析数值模拟的发展 ,指出现有模型的不足和以后的发展方向     

铸造凝固过程宏观偏析数值模拟研究

宏观偏析普遍存在于铸造合金凝固过程中,严重影响了材料的使用性能。本文利用宏观偏析数学模型,分别对53 t钢锭和500 t铸件宏观偏析进行数值模拟研究。模型考虑了凝固收缩与等轴晶沉降,模拟结果和实验结果吻合较好。     

微观模型在凝固过程偏析数值模拟中的应用

在微观尺度上的凝固模型描述的是一个比较特殊的现象 ,但它是联系包括充型过程中液体的流动 ,宏观尺度上的热传输和宏观 /微观尺度上的质量传输等过程的中心纽带。本文介绍了微观偏析模拟的发展历史 ,简单介绍了微观模拟的模型和方程 ,指出了微观模拟技术现在的不足以及发展方向     

纤维增强二元铝合金凝固偏析的数值模拟

根据合金凝固过程中的守恒定律和传输原理 ,建立了纤维增强二元铝合金的凝固模型。利用所建立的模型 ,对Al2 O3 /Al Cu合金复合材料凝固时溶质传输和分布进行了数值模拟 ,研究了复合材料凝固时溶质偏析对纤维 /基体界面的影响。模拟结果与实验结果吻合较好。     

薄板坯连铸凝固过程中宏观偏析的数值模拟

建立了连铸凝固宏观传输过程的温度场、溶质场、紊流流场模型,并对其进行了耦合求解.模拟分析了薄板坯凝固过程和宏观偏析的形成过程.计算表明,浸入式水口射流冲击到结晶器窄壁后形成上下两股回流,液相的紊流流动对传热、传质等都有显著的影响.随凝固的进行,液相中的溶质不断富集,最终在铸坯的中心区域形成宏观偏析.采用Schneider等的溶质传输模型,计算了固相溶质逆扩散对糊状区及固相溶质分布的影响.     

凝固路径对Al-4.5%Cu合金显微偏析参数影响的数值模拟

通过对Al-4.5%Cu合金铸锭显微偏析形成的数值模拟,研究了凝固路径对凝固后铸锭不同位置处显微偏析参数的影响.在显微偏析模型中考虑了树枝晶粗化、固相溶质逆扩散、枝晶尖端过冷、随温度变化的溶质扩散系数等影响显微偏析形成的动力学因素.数值方法中采用变网格技术跟踪移动界面,通过迭代求解溶质扩散方程和溶质守恒方程计算显微偏析参数.结果表明,对于Al-Cu合金,固相扩散主要由溶质扩散速率控制,而非局部凝固时间.显微偏析参数不仅取决于局部凝固时间,还要考虑凝固路径的影响.     

纤维增强铝基复合材料凝固偏析模拟研究

由凝固过程中的三大守恒定律,建立了金属基复合材料凝固数学模型。根据所建立的模型对Al2O3／Al-4．5Cu复合材料进行数值模拟,并在与模拟计算相同条件下进行了实验验证。模拟结果表明：Al2O3短纤维周围存在第二相偏析;随凝固冷却速度增大,复合材料基体偏析加剧;随复合材料中纤维体积分数增大,基体中偏析减小;模拟结果与实验结果十分吻合。     

NUMERICAL SIMULATION OF CHANNEL SEGREGATION IN Al-4.5wt-%Cu ALLOY

Equations for numerical simulation of channel segregation based on a model of continuum ap-proach to porous medium were advanced.In order to solve the non-linear computation prob-lem caused by the interactions between unknown variables in the equations,the trial-and-er-ror method is used.The computation results showed that the radial back-flow due to naturalconvection in mushy zone indeed exists in A1-4.5wt-%Cu alloy ingot under the condition oflow cooling rate,and that the numerical simulation of channel segregation is applicable due tothe coincidence of calculated concentration with the experimental values.     

Al—4.5wt—%Cu合金沟槽偏析的数值模拟

在多孔介质的连续介质模型基础上建立了宏观偏析模拟计算的诸方程,采用尝试法计算解决了各个方程中由于未知变量相互制约而引起的非线性问题,结果表明,Al-Cu合金铸锭在低速冷却条件下,存在由自然对流引起的径向回流分量;最终成分分布的计算值与实验值吻合较好,确认了偏析模拟计算的价值。     

NUMERICAL SIMULATION OF ALLOY SOLIDIFICATION BY A TWO－PHASE MODEL

本文介绍了合金凝固传输过程中的二相流数学模型．该模型描述了固－液界面的传输现象和液相对流对宏观偏析的影响，并考虑了生核过程，热和溶质的过冷效应，及固相颗粒的宏观运动，从而把宏观传输过程和微观结构结合起来．采用该模型，对Ａｌ－４％Ｃｕ等轴晶合金的凝固进行了完整的数值模拟．     

NUMERICAL SIMULATION OF FEEDSTOCK MELT FILLING IN A CYLINDRICAL CAVITY WITH SOLIDIFICATION IN POWDER INJECTION MOLDING

ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＰｏｗｄｅｒｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇ（ＰＩＭ）ｉｓａｐｒｏｃｅｓｉｎｇｒｏｕｔｅｆｏｒｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇｍｅｔａｌｏｒｃｅｒａｍｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘｓｈａｐｅａｎｄｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒ?..     

环形结构激光焊接凝固热裂纹的实验研究和数值模拟

以激光焊接平面环形结构时,在首尾段重叠焊接部分发生的凝固热裂纹为例,采用实验和数值模拟相结合的手段,从冶金和力学2个方面综合研究了环形焊缝凝固热裂纹的发生机理.对凝固热裂纹附近的微观组织进行观察,并用电子背散射衍射对裂纹附近晶粒尺寸进行测量,发现重叠焊缝中心部位晶粒粗大,而粗大晶粒导致焊缝金属凝固时韧性下降.利用有限元...     

COUPLED NUMERICAL SIMULATION OF STEEL FLOW AND SOLIDIFICATION IN SOFT-CONTACT BILLET MOLD

A coupled model including electromagnetic field, fluid dynamic, heat transfer and solidification, is developed and applied to the numerical simulation of steel flow and solidification in a 100mm×100mm soft-contact mold. In this study, the 3D finite difference method and non-staggered grid system for fluid flow with body fitted coordinate were employed. Numerical results show that the electromagnetic force mainly affects the steel flow at upper part of mold, especially in the vicinity of meniscus. There exist upward flows covering the surfaces of the billet due to the concentration of electromagnetic force on the upper part of the billet. This flows join together and form a downward flow near the SEN, so a distinct circulating flow zone is formed at upper part of mold. After applying electromagnetic force, the steel velocity is improved and the temperature is raised. The strong stirring of electromagnetic force on liquid steel makes the kinetic energy on free surface increase. It is clearly seen that the     

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．     

NUMERICAL SIMULATION ON SOLIDIFICATION OF HORIZONTALLY CONTINUOUSLY CAST IRON BARS

The solidification process of a horizontally continuously cast gray iron bar of 4.6cm in diame-ter was modelled.The function describing the distribution of heat flux at the internal surfaceof graphite sleeve,which was equal to that on the surface of the iron bar,was inversely derivedusing numerical calculation from the temperature distribution in the sleeve measured in realproduction.By using the distribution of heat flux as a boundary condition on the surface of theiron bar,the numerical simulation on solidification of the iron bar taking longitudinal heatconduction into account was made.The profile of solidification front obtained from the numer-ical simulation was approximately coincident with that in real production.In addition,thequantitative relationships of the thickness of solidified shell at the exit of the mold to the maintechnological parameters,including the temperature of liquid iron at the entrance of the mold,the moving speed of the bar and the intensity of water cooling,were obtained from the numeri-cal simulation.     

水平连铸铸铁棒材凝固过程数值模拟SCIEI

本文对直径为46mm的水平连铸灰铸铁棒材进行凝固数值模拟。通过实测石墨套内温度场及数值计算,用传热学反问题求解方法确定铸棒表面的热流边界条件。采用所求得的铸棒表面热流分布函数,进行了计及铸棒轴向传热的凝固数值模拟,所得凝固前沿形貌与实际情况大体接近。在此基础上,进一步用凝固模拟方法研究了水平连铸铸铁棒材生产中主要工艺参数对结晶器出口处棒材凝固层厚度的影响。