三元合金凝固过程枝晶生长数值模拟

建立了使用元胞自动机方法结合合金凝固过程动量、能量和质量传输计算三元合金枝晶形貌与偏析发展的数学模型.把该数学模型应用到了Fe-C-Si三元合金凝固过程,枝晶臂的生长、粗化过程,以及枝晶间的微观偏析得到了再现.同时该数学模型也描述了凝固过程熔体流动对Fe-C-Si合金凝固过程枝晶形貌发展的影响.     

冷却速率对Mg-Gd-Y-Zr合金凝固组织的影响

通过改变凝固过程中的冷却速率,研究了冷却速率对Mg-Gd-Y-Zr合金凝固组织与成分微观偏析的影响.随冷却速率提高,合金组织明显细化,初生相形貌由粗大等轴枝晶逐渐向细小树枝晶转变,合金凝固过程中形核率增加,合金晶粒尺寸逐渐减小;冷却速率的提高可以降低溶质元素的扩散速率,从而增加合金元素在枝晶干中的固溶度,减轻凝固过程中合金元素Gd与Y的微观偏析,同时使凝固过程中形成的共晶减少,共晶组织分布更加弥散、均匀.     

一种亚共析铀铌合金的凝固特点及显微偏析研究

分析了一种亚共析U-Nb合金的凝固过程,获得了该合金的固相线、液相线温度和固-液两相区的残余液相体积。发现凝固末期残余液体不能形成液体网,凝固枝晶很快互相连接,形成一些较大的孤立的液体池。凝固末期这种不能补缩的液体池易形成严重的疏松,理论初步计算合金的显微疏松量约为1.6%。发现合金中铌是严重的负偏析合金元素,凝固中期和凝固末期偏析系数k仅为0.16和0.11,极易在枝晶干偏聚造成枝晶偏析。     

任意固相反扩散条件下枝晶凝固溶质传输微观／宏观模型化

通过对合金枝晶凝固中有任意固相反扩散条件下微观溶质再分布的模型化,扩展了作者提出的合金凝固传输及宏观偏析连续介质模型。本文微观／宏观统一模型提出的归一化固相反扩散集合参数除了包括合金的固相扩散系数外,还包含了生长枝晶尺度及几何形态参数,凝固速率和溶质分配系数等影响因素。模型的数值计算结果表明,在相同的凝固条件下不同的合金固相扩散能力可对其铸锭的宏观偏析行为产生明显的影响。     

二元共晶/包晶合金系微观偏析半解析数学模型的研究

基于典型微观控制单元体（通常指二次枝晶臂间距半长）内的溶质质量守恒关系,建立了适用于枝晶凝固方式的二元共晶/包晶合金微观偏析半解析数学模型,模型中充分考虑了固相反向扩散和枝晶结构粗化对液相溶质浓度的稀释效果.在引入适当的假设条件下,通过严格的数学推导,获得了模型的完整核心控制方程.在推导过程中应用了标准的粗化模型、二次方形式的固相溶质浓度分布以及抛物线固相生长方式等重要假设.其中,采用精度较高的四阶经典龙格-库塔数值微分方法,并结合具体的冷却条件,对模型的常微分核心控制方程来进行数值计算.为验证所建微观偏析模型的合理性和适用性,针对Al-4.9wt%Cu二元共晶合金进行模拟研究,通过将模型的计算结果与已有的实验测试数据以及其它特点各异的微观偏析半解析数学模型的预测结果进行对比分析,表明建立的微观偏析半解析数学模型具有相对较高的预测精度和能力,其预测结果最为接近于实测值.     

Fe-0.6%C合金凝固过程枝晶生长数值模拟

采用元胞自动机方法,结合合金凝固过程中的动量、能量和质量传输,建立了计算枝晶形貌与偏析发展的数学模型。把该数学模型应用到Fe-0.6%C合金凝固过程,枝晶臂的生长、粗化和柱状晶向等轴晶转变过程得到了再现。同时该数学模型也描述了凝固过程熔体流动对Fe-0.6%C枝晶形貌发展的影响。     

微观孔洞和逆偏析缺陷的形成机理与耦合预测研究进展

本文首先分别总结了微观孔洞和逆偏析2种凝固缺陷的形成机理及各自预测模型的发展,然后对二者的耦合预测模型发展做了概括总结,最后重点介绍了近期作者所建立的一个新的耦合预测模型。该模型首先利用气体元素在液-固-气三相中的分配规律,结合因液相在枝晶间补缩通道内流动受阻引起的局部压降,建立了一个新的微观孔洞预测模型;然后结合微观孔洞的析出对糊状区枝晶间补缩液流的影响规律,对经典的"局部溶质再分配方程"进行修正,得到一个新的逆偏析解析模型。针对以柱状枝晶方式定向凝固的Al-4.5%Cu(质量分数)合金的计算结果表明,凝固过程中微观孔洞的形成,会补偿糊状区中的凝固收缩,从而减少枝晶间的补缩液流,使糊状区枝晶间溶质富集程度减小,最终使逆偏析得到缓解。     

钢凝固两相区溶质元素的微观偏析及其对连铸坯表面纵裂纹的影响

以Ueshima的正六边形横断面枝晶模型为原型,采用有限差分方法建立了钢凝固过程伴随δ/γ相变的两相区溶质微观偏析模型,确立了在冷却速率为10℃/s非平衡凝固条件下钢的脆性温度区间,研究分析了各溶质元素在该温度区内的偏析特点及对脆性温度区间△θ与热应变的影响规律,定量计算了不同P,S含量下脆性温度区热应变随C含量的变化规律,揭示了P,S含量的增加使连铸坯出现表面纵裂纹几率提高的机理.     

基于枝晶粗化和反向扩散的二元合金微观偏析数学模型

基于典型微观控制单元体(通常指二次枝晶臂间距半长)内的溶质质量守恒关系,建立了适用于枝晶凝固方式的二元共晶/包晶合金微观偏析半解析数学模型,模型中充分考虑了固相反向扩散和枝晶结构粗化对液相溶质浓度的稀释效果。在引入适当的假设条件下,通过严格的数学推导,获得了模型的完整核心控制方程。在推导过程中应用了标准的粗化模型、二次方形式的固相溶质浓度分布以及抛物线固相生长方式等重要假设。其中,采用精度较高的四阶经典龙格—库塔数值微分方法,并结合具体的冷却条件,对模型的常微分核心控制方程进行数值计算。为验证所建微观偏析模型的合理性和适用性,本文针对Al-4.9%Cu二元共晶合金进行了模型研究,通过将本模型的计算结果与已有的实验测试数据以及其它特点各异的微观偏析半解析数学模型的预测结果进行对比分析,表明本文所建立的微观偏析半解析数学模型具有相对较高的预测精度和能力,其预测结果最为接近于实测值。     

定向凝固Ti-46Al-8Nb合金的微观组织演变与微观偏析(英文)

在3～70μm/s的生长速度范围内对Ti-46Al-8Nb(摩尔分数,%)合金进行定向凝固实验,研究其微观组织演变和微观偏析形式。在该生长速度范围内,固-液界面表现为规则的枝晶生长,一次枝晶间距随着生长速度的加快而逐渐减小。在定向凝固过程中观察到典型的L+β→α包晶反应,最终得到具有α2/γ层片和B2相的微观组织。在各个晶粒中,层片与β相枝晶初始生长方向呈0°或45°。包晶反应导致严重的成分偏析,在凝固过程中,铝富集在枝晶间,铌富集在枝晶心部。随着α相的形核和生长,铌的偏析程度逐渐增大,从而促进B2相的析出,而富集在枝晶间的铝在包晶反应发生后逐渐变得均匀、一致。