定向凝固过程中镍基高温合金铸件的枝晶生长模拟（英文）

提高铸件的性能需要对其凝固过程中枝晶的生长深入了解,为此,采用数值模拟方法对定向凝固(DS)过程中枝晶的生长进行详细研究。考虑溶质扩散并耦合宏观温度场建立预测枝晶生长的多尺度模型。采用定向凝固实验验证模型的准确性,冷却曲线以及晶粒形貌的实验结果和模拟结果吻合较好。采用所建立的模型模拟枝晶的竞争生长,讨论分析具有不同结晶取向角枝晶的竞争生长行为。随后,采用模拟和实验的方法对三维枝晶的生长进行研究,模拟和实验结果吻合较好。通过3个不同的算例研究初始形核数对枝晶生长的影响。研究表明:初始形核数对柱状晶起始阶段的生长影响较大,对铸件最终的枝晶形貌和一次枝晶臂间距(PDAS)影响较小。     

Al-Pb合金粉末壳型组织形成过程

对Al-Pb合金开展了高压气体雾化快速凝固实验,金相观察表明粉末表面具有一Pb富集层.建立了描述雾化液滴凝固组织演变的数学模型,模拟分析了液滴凝固过程,结果表明,富Pb表层的形成是因为在液-液相变过程中富Pb液相在雾化液滴表面发生异质形核导致的.     

Cellular Automaton法模拟铝合金微观组织的形成

采用Cellular Automaton微观模型，在给定冷却曲线的条件下，对铝合金板材凝固过程组织的形成进行了二维数值模拟。采用连续形核的方法处理液态金属的异质形核现象。用CA算法处理晶粒生长过程，考虑了枝晶尖端生长动力学和优先生长方向〈100〉晶向。通过模拟动态再现了凝固过程中晶粒的形核与生长。结果表明，在形核分布参数不变的情况下，随着冷却速度的增加，所得晶粒尺寸增大。     

铝合金铸件凝固微观模拟研究

通过对国内外微观组织模拟方法和对微观晶粒的形核和生长的研究,开发了微观组织模拟软件。利用该软件对Al-Si合金铸件凝固过程的微观组织形态进行了数值模拟,并能预测铸件的力学性能。模拟结果与实验的结果比较接近,说明了该软件具有应用前景,但部分功能还有待在实践中进一步完善。     

恒定磁场作用下Al-Pb偏晶合金凝固过程研究

以Al-Pb偏晶合金在恒定磁场下的凝固过程为研究对象,实验分析了不同强度恒定磁场、不同定向凝固速度条件下,磁场强度、凝固速度和合金成分对弥散相液滴形核率及平均尺寸的影响,并模拟了凝固组织演变过程,得到了恒定磁场对偏晶合金凝固的影响机理。     

单晶高温合金定向凝固过程中条带的形成机制

在单晶高温合金的定向凝固过程中,有时会形成条带.为此,对它的形成机制进行了研究.结果表明:条带具有明显的起始位置,一次枝晶与合金基体的一次枝晶方向平行,条带的宽度随单晶的生长过程没有变化,与小角度晶界有明显不同的特征.在单晶高温合金的凝固过程中,陶瓷型壳的表面缺陷可能是合金晶体形核的凹面靠背基底.当枝晶前方的过冷度超过晶粒形核所需要的过冷度时,合金的条带形成.用模拟试验对条带的形成机制进行了试验验证.     

Al-Pb合金雾化液滴的液-液相变动力学

对Al—Pb合金进行了气体雾化实验,得到了Pb以细小粒子形式均匀分布于基体的粉末,建立了能描述在弥散相液滴形核、扩散长大、碰撞凝并和空间迁移共同作用下雾化液滴凝固过程组织演变的模型;对凝固组织形成过程进行了计算,结果表明,模拟结果与实验结果吻合得很好;并分析了Al—Pb合金雾化液滴的凝固过程．     

合金凝固组织微观模拟研究进展与应用

凝固组织是连接合金成分与性能的桥梁,准确认识和把握合金凝固微观组织的形成机理、主导因素与控制途径,对凝固组织与性能的优化具有重要意义。近年来凝固过程数值模拟取得了显著进展,元胞自动机(cellular automaton,CA)在合金凝固组织模拟研究方面展现出极大潜力。本文阐述了凝固组织计算中常见的形核模型与特点,对CA法枝晶生长模拟中的关键环节进行了分析和探讨,在此基础上,简要概括了铸造、定向凝固等相关领域凝固组织宏观-微观耦合模型的开发和应用现状,并对凝固组织模拟的发展趋势进行了展望。     

偏晶合金凝固过程研究进展

偏晶合金十分广泛,若能将其制成原位复合材料,如:弥散型复合材料、壳/核结构复合材料或第二相呈现纤维状排列的复合材料等,则其中许多具有优异性能,工业应用前景广阔。但该类合金凝固时首先发生液-液相变,生成2个互不混溶的液相,在常规的凝固条件下,极易形成相偏析严重乃至两相分层的凝固组织。近年来,偏晶合金凝固理论及凝固组织控制研究受到了材料科学领域的高度重视,人们在空间和地面上开展了大量实验,尝试了用电场、磁场、微合金化等方法控制偏晶合金凝固组织的可行性,并结合实验开展了深入的建模与模拟研究。本文综述了近年来有关偏晶合金凝固过程研究的进展,展望了本领域今后的发展趋势。     

Al—Cu合金等轴枝晶组织形成的模拟及计算机可视化

通过解用热焓法处理结晶潜热的二维不稳定热传导方程模拟凝固温度场,利用连续形核模型和枝晶尖端生长的动力学模型,即KGT模型模拟Al-4%Cu合金等轴晶的形成,将凝固温度场的模拟和晶粒组织形成的模拟相耦合,计算了该合金的凝固等轴晶组织特征值,包括晶粒密度和平均晶粒尺寸,并在计算机上实现了晶粒形成过程的可视化;与实验结果进行比较表明,模拟结果与实验结果基本吻合。     

基于CAFE法对连铸坯凝固组织模拟及影响因素研究

应用CAFE法对中碳45钢的凝固组织进行了模拟研究。分别对连铸工艺参数和模拟凝固组织的形核参数进行了分析,其中工艺参数包括浇注温度和拉坯速度,形核参数包括平均形核过冷度和最大形核密度。结果表明,工艺参数和形核参数均对凝固组织有影响;平均形核过冷度的增大和浇注温度的提高,会降低凝固组织中的等轴晶率;最大形核密度和拉坯速度的增大,使得凝固组织中等轴晶率减少。     

考虑压室预结晶的镁合金压铸组织实验及模拟研究

针对镁合金压铸件表层晶粒细小均匀而心部晶粒较粗大且不均匀的特点,开展一系列压铸实验,研究镁合金压铸工艺对压室预结晶和压铸件最终凝固组织(特别是对晶粒大小、压室预结晶组织的含量及分布形态)的影响.采用数值模拟方法,以压铸实验统计数据为基础,建立了考虑压室预结晶的镁合金压铸形核模型,以此模拟更接近实际的压铸组织.应用所建立的形核及生长模型,模拟了不同压铸工艺下AM50镁合金阶梯压铸件的凝固组织,模拟结果与实验结果吻合较好.     

基于CAFE法的纯铝晶粒细化组织演变研究

运用CAFE方法对纯铝晶粒细化过程的宏观晶粒组织演变进行研究,采用非均匀形核模型及改进的KGT模型对形核过程及枝晶长大CET转变过程进行模拟。晶粒细化实验证明模拟结果和实验结果相一致。说明利用Pro CAST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纯铝细化前后的晶粒度进行预测。通过模拟与实验结果相结合的方法揭示了微量元素Fe在晶粒细化过程中的作用机理。     

铝硅合金微观组织数值模拟的研究现状及发展趋势北大核心

随着计算材料的发展，数值模拟技术已在铝硅合金凝固过程微观组织的研究中发挥了重要作用。本文就数值模拟技术应用于铝硅合金凝固过程微观组织的形成过程，综述了模拟铝硅合金微观组织形成过程必要的形核与生长模型；着重描述了广泛应用于模拟铝硅合金微观组织形成过程的方法，如元胞自动机法和相场法；最后展望了未来铝硅合金数值模拟技术的发展趋势。     

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.     

金属凝固微观组织形成的数值模拟

依据金属凝固的基本理论,在Oldfield的连续形核和晶粒长大模型基础上,引入了时间因子,运用随机方法,建立了连续冷却条件下形核和生长的随机模型,使形核和生长模型函数与时间直接相关,反映了连续冷却条件下的金属凝固微观组织的演化过程。基于上述模型,编制了计算模拟程序,模拟了Zn-5Al共晶合金微观组织的凝固过程,并用试验结果对模拟结果进行了验证对比,模拟结果与试验结果基本相符。     

Cellular Automaton法模拟金属凝固显微组织研究进展

介绍了金属凝固过程中显微组织模拟的数学模型和计算模型以及元胞自动机（Cellular automation）法的原理及发展历程。概述了晶粒形核和生长的几个物理模型，并对元胞自动机在凝固过程中微观组织形成过程的计算机模拟的应用作了较详细的介绍。元胞自动机考虑了形核和生长动力学问题，通过宏微观耦合模型可计算固相分数和潜热释放的变化。介绍了两种元胞自动机和有限元方法的耦合方式，并对元胞自动机法的未来发展方向进行了展望。     

低压铸造ZL114A合金微观组织的研究与数值模拟

通过浇注阶梯试样对低压铸造ZLll4A合金进行了试验研究，分析了不同冷却速率对合金凝固过程的影响。基于试验数据统计分析，建立了形核模型，并给出了模型相关热力学、动力学参数。结果表明，随着冷速的增加，液相线温度、形核温度和共晶转变温度均降低，初生相以及共晶相的形核、凝固时间缩短。采用了一种改进的Celluar Automaton方法，耦合有限差分法对合金的宏观凝固及微观组织演化过程进行了数值模拟。对航空启动机叶轮不同部位的微观组织进行了预测并将模拟值与试验值进行了对比验证，试验和模拟值吻合较好。     

难混溶合金凝固过程中宏观偏析形成的数值模拟

基于分离粒子法，建立了一个模拟难混溶合金凝固过程中第二相宏观偏析形成过程的模型．此模型考虑了实际凝固过程中的诸多因素，包括形核，扩散长大，Ostwald熟化，Brownian碰撞以及运动碰撞的影响．对Al-30％In合金的模拟结果与实验结果吻合较好，反映了所建立模型较好的理论预测能力．     

Al-Si合金宏观偏析、凝固组织演变的元胞自动机-控制容积法耦合模拟

建立凝固过程中宏观流动、传热、溶质传输与微观形核、生长过程双向耦合数学模型,并针对Al-Si二元合金凝固过程进行二维元胞自动机控制容积积分法(CA FV)耦合模拟。模型反映了流场下晶体逆流生长特性,考虑了温降导致的形核和生长以及形核和生长引起的固相分率变化对宏观场的影响,能预测凝固过程中再辉和晶间偏析等现象,反映合金液流动对合金的溶质分布以及凝固组织形貌的作用规律。与仅宏观传输模拟结果和无流动影响的模拟结果进行了对比,验证了耦合模型的优越性。同时考察了铸型尺寸对凝固组织形貌的影响。