球墨铸铁凝固显微组织的元胞自动机模拟

改进了前期工作建立的多相元胞自动机(multi-phase cellular automaton,MCA)模型,模拟以离异共晶方式凝固的球墨铸铁的显微组织演化.在模型中采用局部溶质平衡法计算石墨和奥氏体的生长动力学,并在石墨的生长模型中考虑石墨与Fe的密度比.该模型可以模拟出与实验观测相符合的显微组织形貌.应用该模型模拟分析了石墨与奥氏体的相互作用和竞争生长机制,讨论了冷却速率对凝固结束时石墨球大小和尺寸分布的影响,将模拟结果与实验结果进行了比较.结果表明:奥氏体的析出促进邻近石墨在液相中的生长;奥氏体和石墨两相的生长受C扩散控制;当石墨被奥氏体包围后,生长速度减慢.此外,随着冷却速率的增大,凝固时间缩短,石墨球平均半径减小,不同冷速条件下石墨球尺寸分布的变化规律与实验结果吻合较好.     

焊缝金属凝固组织元胞自动机模拟

应用元胞自动机方法进行了焊缝金属凝固组织的模拟.所建立的焊缝凝固组织二维元胞自动机模型考虑了晶粒的概率性成核、曲率过冷、温度过冷、成分过冷、潜热的释放、溶质浓度的再分布以及焊接熔池晶粒的联生长大等影响因素.模型在统一网格下分别采用差分法计算温度和溶质的扩散,应用元胞自动机方法模拟晶粒形核及生长.模拟结果能够定性地再现焊缝金属晶粒择优取向与竞争长大机制.结果表明,元胞自动机方法较好地反映了焊缝金属凝固的特点,是焊缝凝固组织模拟的新途径.     

基于改进元胞自动机方法的强制对流作用下三维枝晶生长的数值模拟

建立了一种改进的元胞自动机模型来模拟熔体对流条件下的二元合金三维枝晶的生长。模型中考虑了界面能各向异性和溶质扩散对固/液界面推移的影响,在同一套网格中耦合求解质量传输和液相流动方程,从而可以模拟溶质扩散和熔体对流之间的相互作用。使用该模型模拟了一定过冷度条件下,强制对流对Al-7%Si(质量分数,下同)合金三维枝晶生长形貌的影响。模拟结果表明,熔体强制对流导致迎流侧尖端溶质富集层减薄,枝晶生长出现了迎流生长现象。将模拟得到的溶质过饱和度与Oseen-Ivantsov解析解进行对比,当流速较大时两者吻合较好。同时模拟了三维和二维强制对流作用下枝晶生长形貌的演化,由于三维条件下对流使得熔体能够绕过垂直于对流方向的一次枝晶臂主干将溶质带到背流侧,而二维条件下只能绕过垂直方向一次臂的尖端,因此三维MCA模型能更准确地反映强制对流对枝晶生长的影响。     

一种改进的三维元胞自动机模拟铝合金凝固

以元胞自动机模型为基础,基于晶粒形核和生长的物理过程,建立了铝合金凝固过程演化的三维元胞自动机模型.枝晶尖端生长速度与局部过冷度的关系采用KGT模型,温度场和浓度场的计算采用有限差分法.模型中采用大小两套网格分别进行宏观温度场和微观组织演变的计算,提高了计算效率,使用该模型模拟了铝合金单晶生长以及铝合金在金属模具中的凝固情况,得到了在不同浇注温度下典型的柱状晶向等轴晶转变的三维图形.     

蚀坑生长演化过程的元胞自动机模拟

    用一个简单的元胞自动机从介观的角度对腐蚀环境中金属表面蚀坑的生长演化过程进行研究.假定腐蚀体系为扩散过程控制的金属腐蚀体系,引入溶液浓度、溶解概率和钝化概率,对腐蚀过程中质量转移、金属溶解和钝化过程进行分析;用模拟过程中的溶解掉的元胞数目表征溶解电流,用二维元胞自动机网格中纵向上溶解掉的元胞数目来表征蚀坑深度,研究了在不同的溶液浓度、溶解及钝化概率下溶解电流随时间的变化规律,其结果表明为服从时间的幂函数关系;并得到了蚀坑深度随时间的变化曲线.     

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。     

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...     

Ni基耐热合金凝固过程的元胞自动机方法模拟

以温度扩散方程、多组元的溶质扩散方程以及枝晶尖端生长的LGK模型为基础,建立了Ni基耐热合金凝固过程的元胞自动化模型。利用这个模型模拟了凝固过程中不同冷却速率上晶粒微观结构的演化。对模基表面与铸件内部的均匀形核、晶粒生长、扩散过程以及固／液晶面的曲率等对凝固过程中晶粒微观结构演化的影响分别进行了讨论。     

基于元胞自动机法的等轴枝晶生长数值模拟

基于溶质扩散和界面能的作用,考虑成分过冷、曲率过冷、界面能各向异性和界面扰动等因素,建立了单个等轴枝晶的生长模型.采用元胞自动机(cellular automata)方法模拟了枝晶生长、界面扰动和分枝的竞争演化.对液相中的溶质传输进行了计算.通过模拟发现,凝同过程中溶质容易富集在枝晶臂之间,同时,随着凝固时间的延长,界面前沿的溶质浓度梯度逐渐下降.     

基于元胞自动机法模拟凝固过程微观组织的研究进展

元胞自动机法是一种模拟金属凝固过程微观组织的有效方法,是目前的研究热点,具有广阔的应用前景。对比了元胞自动机法与通常所用相场法的区别,综述了近年来用元胞自动机法模拟合金凝固微观组织的国内外研究现状,分析了当前急待解决的主要问题,并指出了今后的发展方向。     

用CA方法模拟过冷熔体中自由树枝晶的生长

基于溶质扩散和界面能的作用，建立了过冷熔体中自由树枝晶的生长模型，考虑了成分过冷、曲率过冷和界面能各向异性，用胞元自动机（CA）方法模拟了枝晶生长、界面扰动以及分枝的竞争演化，对枝晶尖端生长速度和过冷度的关系进行了模拟计算，并与L-G-K理论模型进行了定量的比较。     

定向凝固过程中NH_4Cl-H_2O枝晶生长的数值模拟

建立了一种改进的元胞自动机模型(MCA),通过考虑成分过冷、曲率过冷、择优取向系数、温度梯度和抽拉速度等因素,模拟了不同温度梯度方向、不同择优取向及不同抽拉速度对柱状晶形态的影响.模拟结果较好地刻画了温度梯度和生长方向夹角的变化对一次枝晶臂间距的影响,不同择优生长取向的柱状晶竞争生长过程以及柱状晶尖端分叉机制.为了验证模型的可靠性,使用NH_4Cl-H_2O透明合金进行了定向凝固实验,实验结果和模拟结果吻合较好.     

非规则共晶定向凝固结构的标度律

数值求解了Al-Si共晶定向凝固耦合方程,讨论了凝固界面形态作为共晶相间距函数的变化规律共晶凝固界面临界分叉态对应于边缘稳定点和界面位置的极大值点。α-液相界面临界分叉是局域规则层状结构相间距选择点,而非规则片状结构相间距的选择点对应于β-液相界面临界分叉导出的两种结构的标度律得到了试验测定结果的支持     

SCALING LAW OF IRREGULAR EUTECTIC IN DIRECTIONAL SOLIDIFICATION

The profile features of the solidifying interface of the irregular Al-Si eutectic duringdirectional solidification are studied by numerically solving a nonlinear coupling equation ofdirectional solidification of this eutectic.The critical splitting point of the solidifying interfacecoincides with the maximum value of its position and corresponds to the marginal stabilitypoint.Argument is presented that the interlamellar spacing for local regular structure selectsthe critical splitting state of the α(Al)-liquid interface as its operating point,and the oper-ating point of the average interflake spacing for the irregular structure is the critical splittingstate of the β(Si)-liquid interface.The scaling laws derived,which have the more generalforms than the classic Jackson-Hunt scaling,gained support from the experimental results.     

微合金钢热变形组织与性能演变的CA模拟

建立了预测微合金钢热变形奥氏体动态再结晶组织与性能演变的元胞自动机模型.采用基于位错密度的动态再结晶理论,主要考虑动态再结晶的形核、晶粒长大,实现对动态再结晶过程晶粒形态、体积分数及晶粒尺寸的定量化表征及其演变过程的可视化描述,获得了位错密度及流变应力等参数.模拟得到的动态再结晶组织形貌及基于位错密度变化计算出的流变应力与实验结果吻合较好.     

Al—CuAl2共晶层片间距的数值模拟

本文根据层片状共晶生长理论,利用时间相关模型对存在对流作用的Ａｌ－ＣｕＡｌ２共晶层片间距进行数值求解。     

Si-RICH LAYER FORMATION DURING DIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF AI-Si EUTECTIC ALLOY IN ELECTROMAGNETIC FIELD

The formation of a special Si-rich layer on the periphery of Al-Si eutectic alloy specimenduring directional solidification in rotary electromagnetic field has been investigated.Thislayer seems due to the migration of some Si grains onto the crucible wall,then stagnating andcoarsening further.     

二元Al—Li合金共晶复合材料的定向生长

研究了在定向凝固条件下，在亚共晶二元Ａｌ－Ｌｉ合金中获得共晶复合材料的晶体生长准则，并观察了组织形貌。结果表明，当６．５×１０＾５Ｋ·ｓ·ｃｍ＾－２≤ＧＬ／Ｒ〈１１×１０＾５Ｋ·ｓ·ｃｍ＾－２时，晶体可以保持稳定的平面固－液界面生长，得到规则的共晶复合组织。二元Ａｌ－Ｌｉ合金共晶组织中β相（ＡｌＬｉ）为棒状形貌。