自然对流作用下Al-Si合金凝固过程的组织演变模拟

通过实验观察Al-Si合金的凝固组织,测量枝晶组织的二次枝晶臂间距,并分析温度对凝固组织的影响。在相场模型中引入重力引起的自然对流以预测实验条件下Al-Si合金凝固组织的演变。模拟结果与实验结果吻合良好,验证了本文中提出的模拟方法的可靠性。基于本文的耦合模型,开展一系列不同溶质含量合金柱状晶和等轴晶组织生长的二维和三维模拟,发现合金中溶质含量对凝固组织的演变几乎没有影响,而溶质膨胀系数对枝晶尖端移动速度有显著影响。本文中采用的算法极大地加快计算效率,因此,大规模的数值模拟使难以直接通过同步辐射实验观察的Al-Si合金凝固组织演变过程的研究成为可能。     

铸钢件凝固过程中自然对流引起的宏观偏析模拟

使用ＳＩＭＰＬＥＲ算法,基于体积平均的描述对铸件凝固宏观传输过程的温度场、溶质场、流场耦合模型进行了求解。应用此模型对铸钢件凝固过程进行了模拟,考察了自然对流对传热、传质的影响。结果表明,自然对流显著改变了糊状区等温经的形状与溶质浓度的分布,此模型定量地预测了铸件的宏观偏析,采用Ｓｕｚｕｋｉ判据,计算出了Ａ型偏析可能出现的位置。     

自然对流条件下非稳态相变过程数值模拟

利用ＰＨＯＥＮＩＣＳ软件计算流场与温度场的功能,针对金属熔化与凝固过程的特点,依据单相统一控制方程,采用焓孔隙度方法,模拟了自然对流条件下相变的过程;并用经典的金属镓熔化过程基准实验进行了验证,良好的一致性表明,该程序能可靠地用于模拟金属相变过程的温度场、流场及确定相变前沿的位置。     

自然对流条件下Si-Fe在铁液中熔化过程的数值模拟

建立了描述自然对流条件下Ｓｉ－Ｆｅ在铁液中熔化过程的数学模型,固相、液相和糊状区中的动量,热量和溶质传输用统一方程描述,用控制容积差分法耦合求解质量、动量、能量和溶质守恒方程,计算结果与实验结果基本一致,计算结果还显示。Ｓｉ－Ｆｅ浸入铁 至完全熔化分为两个时期即铁壳斯和熔化期     

铸件凝固过程组织计算机模拟研究动态

介绍了铸件凝固组织模拟的3种方法，并对利用各种数值方法所取得的计算机模拟结果进行了评述，重点介绍了各模型的形核和生长的数学模型，同时也分析了这些数学模型所存在的问题，展望了铸件凝固组织模拟的发展方向。     

型砂自然对流冷却数值模拟

针对铸造型砂数量大,冷却耗时长和经济性差的难题,利用k-ε双方程模型对其自然对流冷却过程进行数值模拟。通过对已有储砂箱的分析,验证型砂自然对流冷却模拟的可行性。通过分析型砂温度场和冷却空气速度场,获得型砂自然对流冷却特性。从高径比和体积两个影响圆柱体型砂冷却的重要因素入手,通过模拟得到其与冷却时间之间的关系。结果表明:D/H=2,体积V=20 m2的圆柱体结构型砂自然对流冷却效率最高。     

连续凝固偏金合金薄带凝固组织进化过程模拟

分析了偏晶合金薄带垂直连续凝固过程。发展了描述该条件下偏晶合金凝固组织演变的数学模型。将计算的温度场和浓度场与凝固组织演变的控制方程相耦合，模拟了Al-5Pb(质量分数.%)合金的凝固过程。结果表明，在固／液界面前存在一过冷区，弥散相液滴在此区间内形核。这些液滴在移向凝固界面的过程中进行扩散长大。随着凝固速度的提高。形核率升高。弥散相液滴的数量密度增大，平均半径减小。     

凝固微观组织数值模拟的研究进展

介绍了主要的凝固微观数值模拟方法，评述了铸件凝固微组织数值模拟的研究现状，指出了该领域目前面临的问题和未来发展趋势。     

工业灰铸铁凝固组织形成过程的数值模拟

从接近工业灰铸铁实际凝固过程的角度出发,提出了数值模拟其凝固组织的一套方法,其中主要包括枝晶奥氏体生长过程体积分类的计算以及晶粒接触因素的处理,该方法经以样杯中浇注的试块为对象进行实验验证,模拟得到的冷却曲线、向氏体分数及共晶团密度均与实测结果符合较好。     

搅拌条件下二元合金凝固组织的形态演化

采用SCN-5％Water（原子分数）透明模型合金和Sn-15％Pb（质量分数）合金对机械搅拌条件下凝固组织形态演化过程分别进行了实时动态观察和淬火金相组织分析．实验结果表明,在强烈机械搅拌作用下,两类实验合金在凝固过程中最早观察到的初生组织均为球晶组织．从实验上证实了通过适当的搅拌可直接获得球状晶组织;同时,在实验条件范围内,搅拌的进行还可促进球晶组织在相对较高温度下产生．根据凝固界面形态稳定性理论对球晶组织形成机制的分析表明：熔体中初生固相的旋转运动有利于提高液-固界面的稳定性,促进凝固组织保持球状稳定生长．     

喷射成形高温合金沉积态组织的形成与演变

对喷射成形高温合金的组织形成及其从雾化过程的树枝晶向等轴晶组织的演变过程进行了分析，结果表明，半液态层中发生的枝晶破碎，重熔所造成的核心增殖作用为等轴晶组织的形成提供了大量结晶核心，在此基础上枝晶臂的合并，粗化以及未严重固相枝晶的粗化和均匀化产生了喷射成形材料所持有的非枝非等轴晶组织。     

AZ91D镁合金的半固态加工研究

研究了AZ91D镁合金热挤压坯料在二次加热过程中的组织演化，探讨了AZ91D合金在二次加热过程中液相产生的机理，给出了液相体积分数与再结晶组织的关系。试验证明：提高二次加热的升温速度可以细化再结晶晶粒，增加一定条件下的液相体积分数，从而改善合金坯料的触变性能。采用半固态工艺压铸了汽车空压机连杆，对压铸件进行了质量评价。     

强迫对流影响合金凝固过程枝晶生长的数值模拟

利用耦合溶质场与流场的相场模型,对Al-2.5Cu合金等温凝固时枝晶生长过程进行了模拟.研究了强迫对流、扰动强度及各向异性强度对枝晶生长形貌的影响.结果表明,在流场作用下,枝晶呈非对称性生长,上游的生长速度大于下游;对流影响溶质场的分布,将溶质从上游冲刷到下游,使得上游液相中的浓度低于下游;扰动强度越大,诱发的侧向分枝越多,二次枝晶越发达;各向异性强度越大,枝晶尖端的生长速度越快,曲率半径越小.     

非晶合金凝固过程数值模拟研究进展

综述了非晶合金凝固过程数值模拟研究的最新成果及动态,重点介绍了与几种常见的非晶制备方法相对应的计算模型,并进行了相应的分析和评述.最后对非晶合金凝固过程数值模拟今后的研究工作进行了展望.     

多元Al合金的热力学和热物理数据库的建立及凝固过程显微组织演变的模拟

介绍了相图热力学及热物理性能数据库的建立方法;综述了国内外学者构筑多元Al合金相图热力学和热物理性能数据库的研究工作。并介绍了使用相场方法,使用热力学和热物理性能数据库模拟多元Al合金凝固时显微组织演变的几个实例。最后展望了新一代热力学和热物理性能数据库建立及凝固过程显微组织演变定量模拟未来的可能发展方向。     

大型铸钢件补浇工艺的凝固模拟研究

结合工厂实际生产条件,对特殊的砂型铸造工艺－补浇工艺进行了铸钢件温度场模拟和缩孔缩松的预测。同时为了满足工艺设计的要求,对铸件本身和浇注系统,冒口的质量进行了精确统计。所有的温度场模拟,缩孔缩松的预测结果和质量统计结果对制定工艺起到了辅助设计的作用,依照模拟结果制定铸造工艺,该按工艺进行实际生产,浇注结果较为满意。在此工艺的制定过程中,计算机凝固模拟技术起到了很好的辅助设计作用。     

热型连铸凝固过程微观组织形成的数值模拟

采用宏观一微观耦合的方法，建立了宏一微观统一的数学物理模型[直接差分（Direct Difference）一元胞自动控制（Cellular Automaton）模型，即CA-DD模型]，模拟了热型连铸过程中晶粒的竞争生长过程，并研究了不同工艺参数对固-液界面形状及晶粒竞争生长的影响。模拟结果表明，采用宏-微观耦合的方法模拟热型连铸过程中微观组织的演化过程以及各种工艺参数对组织形成的影响是有效、可行的。     

凝固微观组织晶体相场模型的研究进展

晶体相场模型(phase field crystal model)是一种模拟凝固微观组织的新方法,对这一模型及其应用的研究是近年来国际上的研究热点问题.论述了晶体相场模型原理及其在凝固微观组织数值模拟中的研究现状,并且指明了进一步的研究方向.     

6061铝合金半固态坯料二次加热工艺及组织演变

针对近液相线半连续铸造技术制备的6061铝合金半固态坯料,在不同加热温度及保温时间下进行二次加热,采用光学显微镜及图像分析仪考察试样的微观形貌及尺寸特征,结合差热分析的方法研究加热过程中的液相形成、组织演变及晶粒长大过程。结果表明,二次加热温度及保温时间共同影响着微观组织演变过程,随着加热温度升高及保温时间延长,晶粒逐渐球化并长大。加热温度越高,组织演变速度越快;保温时间越长,晶粒球化并长大越明显。有效地控制二次加热温度及保温时间,能够获得均匀、圆整且相对细小的半固态组织。