EFFECT OF PHOSPHORUS ON SOLIDIFICATION,ELEMENT SEGREGATION AND η-PHASE PRECIPITATION IN GH 761 ALLOY

本文用金相、电子探针等方法研究了磷对ＧＨ７６１合金凝固过程、元素偏析及η相析出的影响。结果表明，随合金中磷含量升高，磷大量地偏析于枝晶间，强烈地降低合金的终凝温度，促进Ｔｉ，Ｎｉ等元素的偏析，抑制Ｍｏ，Ｂ，Ｓ，Ｓｉ等元素的偏析，磷显著地促进η相的析出，降低η相析出温度。     

合金凝固的二相流数值模拟

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，热和溶质的过效应，及固相颗粒的宏观运动，从而把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。     

Al－4％CU铸锭凝固中自由等轴晶的迁移行为及对宏观偏析的影响

研究了Ａｌ—４％ＣＵ合金铸锭在砂型中的缓冷凝固行为，测定了凝固铸锭中的晶粒度和宏观成分分布。研究结果表明，由于Ａｌ—Ｃｕ合金的非平衡凝固行为和固相密度与晶间液相密度差的逆转特性，以及液相成分的重力偏析，引起铸锭中上部等轴晶密度增加并产生明显的逆偏析。     

等轴晶凝固过程的数学模型

通过对Ａｌ－Ｓｉ合金等轴晶凝固过程哟定性描述，建立了宏观─微观统一的数学模型。该模型以团相份数为媒介，把传热、传质过程与结晶生长过程联系起来，对合金微观组织进行了定量描述。试验验证表明，应用该模型进行模拟计算的结果与试验结果吻合较好，并可以预测力学性能。     

Ti-Al合金定向凝固柱状/等轴晶转变的数值模拟

采用基于溶质扩散控制模型CA方法,对Ti-Al合金定向凝固过程中柱状晶/等轴晶转变过程进行了数值模拟。模拟结果表明,温度梯度、抽拉速度对柱状晶/等轴晶转变影响定性地符合Hunt解析解。横向晶核间距影响比纵向大;形核过冷度增加,柱状晶/等轴晶转变推迟;柱状晶间距不仅与温度梯度、抽拉速度有关,而且可通过激活预置晶核使其生长为柱状晶而得以调整,特别是温度梯度在30～50K/mm之间,形核有较强的调节柱状晶间距的作用。     

A 2-D FINITE ELEMENT MODEL SIMULATION OF THE MELTING PROCESS OF AI-Ti ALLOY IN VACUUM INDUCTION FURNACE WITH COLD CRUCIBLE （VIFCC）

The development of a numerical model for the melting process of AI-Ti alloy target material in vacuum induction furnace with cold crucible (VIFCC) was described. It is a two-dimensional computational methodology to calculate electromagnetic field, heat transfer field and fluid flow field . Based on the aid of the finite element method with the commercial software--ANSYS, a superimposition method of a layer of copper and a slit to simulate the VIFCC melting process was used. The method was effective to save large quantity of memory and computing time. Meanwhile, a temperature distribution profile during the melting process was obtained. Validity of the model was confirmed by comparison between the result from calculation and those from direct measurement by optical pyrometer and indirect investigation by ingot macrostructure. A relatively good agreement was found. Further, a nearly directional solidification structure was obtained under properly controlling the cooling rate and heating power. Therefore. such model developed in this article is feasible.     

Al-Cu合金水平单向凝固组织预测及实验观察

使用有限元耦合元胞自动机模型预测水平单向凝固实验中 Al-4.5%Cu(质量分数)合金试样的温度场和微观凝固组织。晶体形核和枝晶生长动力学模型分别采用Rappaz连续形核模型和Kurz-Giovanola-Trivedi(KGT)模型简化形式,基于纯扩散条件,采用 KGT 模型简化公式计算生长参数。结果显示：数值模拟可以较准确地预测柱状晶向等轴晶转变(CET)位置和等轴晶晶粒尺寸,但因模拟未考虑晶核的运动,激冷等轴晶区的模拟有较大偏差。模拟和实验结果都证明过热度显著影响Al-Cu合金的凝固组织,过热度低于20℃条件下可以获得全等轴晶组织,否则会出现柱状晶;过热度50℃以上的试样CET位置几乎不发生变化。     

INVESTIGATION OF RAPID DIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF AL-BASED IMMISCIBLE ALLOYS Ⅱ. EFFECT OF THE THIRD ELEMENT

对Al-Bi基难混溶合金添加第三组元Si和Cu,揭示了Si和Cu含量对Al-Bi合金快速定向凝固组织的影响.结果表明,添加Si或Cu均使凝固组织中的富Bi粒子尺寸增大;在相同的实验条件下,元素Si比Cu更易使富Bi相粗化.分析了第三组元对二元合金体系的自由能、两液相间界面能和液相粘度的改变及其对合金凝固过程的影响,加深了对三元难混溶合金凝固特征的认识.     

二元合金非等温凝固过程的相场法模拟

基于Ginzburg-Landau理论,发展了一个新的相场模型.并利用该相场模型与溶质场、温度场进行耦合计算,以Al-6.5Cu合金为例模拟了二元合金非等温凝固和等温凝固的等轴枝晶生长过程.研究了凝固潜热对过冷合金熔液中的等轴枝晶生长以及溶质场和温度场的分布的影响.结果表明:潜热的释放在一定程度上抑制了枝晶的生长,使非等温凝固时枝晶没有等温凝固时发达,并且凝固界面的溶质浓度也会降低,但不会改变在枝晶生长过程中浓度分布情况.而且非等温凝固时的Peclet数值与Ivantsov理论值符合得更好.     

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．     

铝合金石膏型精密铸件凝固过程数值模拟与实验验证

应用自行开发的铸件充型及凝固模拟系统,对铝合金石膏型精密铸件的凝固过程进行了数值模拟。采用自行设计制备的多通道自动测温装置,对所模拟的铸件进行现场测温。为了提高模拟精度,对铸件铸型热物性参数进行了实测,并采用最小二乘法进行拟合。通过计算机模拟预测了铸件的缩孔区,分析了铸件缺陷产生的原因,提出了合理的工艺方案,消除了铸件内缩孔的发生。实验验证的结果表明,数值模拟结果与测试值拟合较好     

侧向凝固通道偏析的数值模拟

建立了二元系凝固过程通道偏析形成的数学模型,给出了描述焓与温度及固相分数耦合关系的表达式.在实验验证的基础上,对亚共晶与过共晶成分的NH4Cl-H2O侧向凝固通道偏析的形成位置与生长方向进行了数值模拟研究.模拟计算结果表明,偏析通道起源于糊状区,偏析通道中的富集溶质从糊状区流向液相区.为了维持偏析通道中的液体流动,枝晶间液体可通过糊状区从液相区得到补充.糊状区中富集溶质的流动方向取决于析出溶质的密度.NH4Cl-70%H2O侧向凝固时,析出的溶质密度较小,偏析通道倾斜向上生长,在糊状区上部形成A偏析.NH4Cl-90%H2O侧向凝固时,析出的溶质密度较大,在糊状区下部偏析通道倾斜向下生长.     

采用温度回升法对任意结晶区间的铸件凝固结晶潜热的数值计算

铸件凝固结晶潜热的释放行为与凝固传热、溶质传输及铸造合金种类与成分等诸多因素有关，合金凝固过程中其温度、固相体积分数与液相成分(T-fs—CL)三者之间一般存在着非线性强耦合关系．采用合金凝固传输统一模型及温度回升(补偿)法提出的处理任意结晶温度区间(包括零结晶区间)凝固潜热释放问题的数值迭代计算方法，对不同合金成分与不同固相反扩散效应的二维Al—Cu合金铸件定向凝固传输过程进行了数值计算，表明该方法对于从纯金属到共晶成分的不同成分合金及从Scheil模型到Lever-Rule模型之间的任意凝固模式均是有效的．将该方法推广应用于叶片铸件三维凝固传输过程的T-fs—CL耦合数值模拟仍显示出高的计算效率．通过对计算结果进行的三维图像数据处理，展示了铸件几何形状对凝固传输行为的重要影响．     

突扩圆管内液固两相流冲刷腐蚀过程的数值模拟

对突扩圆管中液固两相流冲刷腐蚀过程进行了数值模 拟研究.冲刷腐蚀过程的综合模型可以分解为液固两相流动模型、冲刷模型和腐蚀模型.在欧 拉 坐标系下求解流体相的雷诺时均守恒方程组来模拟流体流场,通过拉格朗日坐标系下的随机 轨道模型获得固体颗粒相的运动,并考虑了流体相与固体颗粒相之间的双向耦合作用.数据 验证结果表明构建的综合模型基本上是正确可行的.     

Fe-C合金凝固过程流动、传热、传质的耦合数值模拟

通过耦合求解凝固过程质量、动量、能量和溶质守恒方程，对Fe-C二元合金凝固过程中的流动、传热、传质现象进行了数值模拟，基于控制容积的有限差分法（CV-FDM）建立了微分方程的隐式离散格式，采用SIMPLE方法求解，代数方程的求解采用交替方向隐式（ADI）和三对角矩阵算法（TDMA）相结合的方法，对一上下边界绝热，左右边界对流换热的二维矩形区域的模拟计算表明，凝固初期排出的溶质主要被凝固前沿的液相流动带入液相区，在固液两相区中，由于枝晶骨架造成的流动阻力很大，在不考虑凝固收缩的条件下，两相区中的液相流动速度一般较纯液相区的流小2-3个数量级。     

A METHOD OF AS-CAST CRACK PREDICTION BASED UPON NUMERICAL SIMULATION OF SOLIDIFICATION

Based on the numerical simulation of solidification of castings, a thermal stress formula and a thermal crack initiation criterion are established, which suggest that the cracks initiate at the two-thirds thickness of solidified layer from outside of castings. Cast steel wheels whose diameters are 800mm are employed to testify the positions of cracks through thermal elastic-plastic analyses and low magnifying structure observations conventionally. The results show that the numerical prediction of cracks coincides with the measured result, and the cracks do not necessarily follow where the defects such as shrinkage holes and porosities occur. It is also found that surface temperature control is an effective factor to avoid the crack formation.     

多元Al-Cu系合金凝固过程中显微偏析的计算模拟

以物质守恒方程,液固界面平衡方程为基础,提出一个反映多元合金系中组元间相互作用的凝固模型,并从应用的角度出发,对该模型进行了合理的简化,利用这个模拟对合金元素在多元Ａｌ－Ｃｕ系合金凝固过程中的行为进行计算模拟,所得的情况与实验结果相一致,表明这个多元系凝固模型可以为多元Ａｌ－Ｃｕ系合金化设计作出有效的预测。     

NUMERICAL SIMULATION OF COLUMNAR TO EQUIAXED TRANSITION FOR DIRECTIONALLY SOLIDIFIED Ti-44Al ALLOY

Solute diffusion controlled solidification model was applied to simulate the columnar to equiaxed transition (CET) during directional solidification of Ti-44Al alloy. The simulation results show that the solutal interactions from growing equiaxed grains play an important role on CET. The effects of the applied thermal gradient and pulling velocity, the equiaxed seed spacing and nucleation undercooling on the CET are investigated in the present simulation. The simulated results indicated that the columnar branch spacing depends not only on the thermal gradient and the pulling velocity, but also on number of the seeds. A spacing adjustment can occur through initiation of seeds that develop into new columnar grains. The dependence of the CET on the thermal gradient and pulling velocity, qualitatively agrees with the analytical CET model of Hunt.     

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.