基于仿真的A356合金充型凝固与微观组织研究

基于ProCAST软件,对A356铝合金铸件的充型、凝固过程及微观组织的演变进行模拟预测,以建立合理的铸造工艺参数,提高模拟的准确度与可靠性,进而指导产品的工业化生产。实验结果表明:充型、凝固及微观组织的模拟结果均与实验结果相吻合。利用ProCAST的CAFE模块,通过建立合理的体形核密度及过冷度可以实现对A356铝合金细化前后的晶粒度预测。     

ZL201铝合金副车架凝固过程的微观组织模拟

采用元胞自动化(CA)方法对ZL201铝合金副车架的凝固过程和显微组织进行了模拟,建立了温度场和组织模拟场（CAFE）。对于面、体网格的划分,根据ZL201铝合的固相线和液相线分别确定了六种不同的形核面。温度场的凝固过程模拟结果表明通过油冷可以很好地控制形核率和生长速率在最合适的范围内,形核率为1/276 s·cm3,生长速率为65.2μm/s。通过热力学相图的计算结果表明Al3Ti相的形成过程,它从周围的铝原子中吸收共价电子。随着钛含量的增加,Al3Ti的析出温度升高。此外,Al3Ti的含量也从0.144mol%提高到0.698mol%,晶粒细化的效果也随之越来越明显。通过对ZL201铝合金副车架的微观组织、对应的<100>取向极图和金相组织的模拟和实验对照,表明Ti含量的变化对ZL201铝合金副车架的微观组织的晶粒细化效果有显著影响。随着钛含量的增加,新相Al3Ti促进了晶粒细化和组成的均匀性。从模拟的<100>极图可知,Ti含量的增加有利于晶粒的择优取向,而且晶粒细化的方式是通过减缓晶粒之间的生长竞争性来实现的。模拟的结果与实验得到的金相组织基本一致。     

Fe、Si对工业纯铝晶粒细化的影响

通过AlTiB晶粒细化剂对高纯铝、工业纯铝的细化及Al-10Ti中间合金、Fe、Si对工业纯铝的细化，研究了Fe、Si在工业纯铝晶粒细化过程中的作用。试验结果表明，0.3％的AlTiB晶粒细化剂对工业纯铝有良好的细化效果，但不能细化高纯铝；Fe、Si作为晶粒细化剂单独加入时，有不同程度的细化作用。分析认为，Fe、Si在工业纯铝晶粒细化过程中有双重作用，即促进型壁晶核的游离和增加α-Al在型壁形核的质点数目。     

真空自耗电弧熔炼γ-TiAl合金铸锭凝固组织模拟

采用CAFE模型对真空自耗电弧熔炼γ-TiA1合金铸锭凝固组织进行了数值模拟,在CAFE模型中分别采用高斯分布连续形核模型和扩展KGT模型描述晶粒形核和枝晶尖端生长速率.研究了熔炼速率、界面传热系数和形核参数对铸锭凝固组织的影响.结果表明,增大熔炼速率或者增大最大形核密度,均有利于促进等轴晶形成,抑制柱状晶晶粒长大;增大平均形核过冷度或者增大界面传热系数,均有利于促进柱状晶的形成和晶粒长大;标准方差过冷度对铸锭凝固组织几乎没有影响.     

制备方法对AlTiCRE中间合金的组织及细化性能的影响

应用自蔓延反应合成法及熔铸搅拌法成功地制备出新型AlTiCRE复合细化剂,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等对中间合金细化剂相组成及显微组织进行了综合分析.试验结果表明:两种方法制备的稀土复合细化剂都能细化纯铝晶粒组织,反应法制备的细化剂的细化效果明显优于搅拌法细化剂.分析了细化剂中各相在Al液中的形核作用,提出了纯铝在凝固过程中的多级异质形核机制.     

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。     

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     

亚共晶铝硅合金晶粒度热分析法评估判据

从液态合金凝固的热力学、动力学及传热学角度，对铸造合金的晶粒细化过程作了分析，综合现有的铝硅合金晶粒细化度热分析法评估判据，针对晶体的形核和长大过程，提出了“过冷面积和团相生长加速度”的晶粒细化度的评估判据。     

经ECAP变形的Al-5Ti-1B中间合金对纯铝细化效果的影响

对Al-5Ti-1B中间合金进行等通道挤压变形(ECAP),研究了Al-5Ti-1B中间合金经ECAP变形前后对纯铝晶粒的细化效果,分析了Ti添加量及晶粒生长限制因子对纯铝细化效果的影响。结果表明,随着Ti含量的增加,形核质点增多,纯铝晶粒由约1 220μm细化到70μm左右。ECAP变形明显提高了Al-5Ti-1B中间合金的细化效果,建立了晶粒尺寸与晶粒生长限制因子的关系。     

高密度脉冲电流对纯铝凝固组织的影响及其内在机理研究

研究了高密度脉冲电流作用下纯铝凝固组织的变化,考察了不同放电电压和放电电容对纯铝晶粒尺寸的影响.从高能量密度脉冲电流对纯铝结晶的形核率、过冷度和热效应三个方面的影响.对高能量密度脉冲电流细化晶粒的机理做了深入分析.结果表明:高密度脉冲电流可以显著地细化纯铝的凝固组织.随着放电能量的提高,纯铝的晶粒尺寸有大幅度的减小,可以获得均匀细小的等轴晶;但是当放电能量达到270J后,晶粒随放电能量的升高反而变粗,生成大量的粗大的柱状晶.