铸造凝固过程宏观偏析数值模拟研究

宏观偏析普遍存在于铸造合金凝固过程中,严重影响了材料的使用性能。本文利用宏观偏析数学模型,分别对53 t钢锭和500 t铸件宏观偏析进行数值模拟研究。模型考虑了凝固收缩与等轴晶沉降,模拟结果和实验结果吻合较好。     

ZL205A合金元素偏析行为

在ZL205A合金中,Cu和Mn为负偏析元素,Ti、v和Zr为正偏析元素,Al呈现微弱的偏析,合金元素偏析程度由重到轻的顺序为:Cu＞Mn＞V＞Ti＞Zr＞A1;剩余液相的密度随着温度的降低而升高,计算结果表明,温度对液相密度的影响很小,合金元素的偏析对液相密度的影响占主要地位,其中A1、Cu和Mn的偏析导致液相密度增加,而Ti、V和Zr元素的偏析导致剩余液相密度的减小.     

微观模型在凝固过程偏析数值模拟中的应用

在微观尺度上的凝固模型描述的是一个比较特殊的现象 ,但它是联系包括充型过程中液体的流动 ,宏观尺度上的热传输和宏观 /微观尺度上的质量传输等过程的中心纽带。本文介绍了微观偏析模拟的发展历史 ,简单介绍了微观模拟的模型和方程 ,指出了微观模拟技术现在的不足以及发展方向     

凝固过程微观偏析数值模拟的研究发展

微观偏析现象对于合金性能和后续加工有非常重要的影响 ,对它的数值模拟研究已受到许多研究者的关注 ;回顾并简单地介绍微观偏析数值模拟的发展 ,指出现有模型的不足和以后的发展方向     

Haynes230合金凝固过程中的相变及元素偏析

利用差热分析(DTA)研究了Haynes230合金凝固过程的相变,结合光学显微镜(0M)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分析了该合金的凝固组织和偏析程度,计算了主要偏析元素的偏析系数.结果表明:Haynes230合金铸态组织主要是由γ固溶体基体,M6C型碳化物和W(Cr)的体心立方相组成,合金的凝固顺序为L→L γ→L (γ M6C) γ→M6C W(Cr) γ,Cr、W、Mo元素的偏析系数分别为2.03、1.96、1.81.     

镍基合金焊丝GTAW熔敷金属凝固偏析行为

采用OM,SEM,EDS,EPMA等分析手段对试制的镍基合金焊丝GTAW熔敷金属开展了凝固偏析行为研究.结果表明,熔敷金属中主要包括γ相、（Nb,Ti） C碳化物、Laves相等,金相组织主要为柱状晶,在枝晶间存在宽度约为5~10 μm的偏析区域;按照Scheil公式对EPMA分析结果进行了偏析系数计算,估算的Nb,Mo,Ni,Cr,Fe偏析系数分别为k_Nb=0.23,k_Mo=0.68,k_Ni=1.07,k_Cr=1.05,k_Fe=1.23,在结晶过程中Nb,Mo更倾向于分配在残余液相,Nb的偏析倾向最大,Mo次之,Fe更倾向于分配在固相中,Ni,Cr基本为固液平均分配.文中试验用镍基合金焊丝GTAW熔敷金属凝固结晶路径为L→L+γ→L+γ+MC→L+γ+MC+Laves相→γ+MC+Laves相.     

挤压铸造铝基复合材料凝固偏析研究

挤压铸造制备了Al2O3，f／Al—4．5Cu复合材料，研究了不同冷却速度对复合材料凝固偏析的影响，提出偏析计算式来预测复合材料中的偏析情况。结果表明：由纤维间隙中心至纤维／基体界面或晶界处存在渐增的溶质浓度梯度：随冷却速度的加大，复合材料中偏析加剧；通过偏析模型计算可预测不同凝固条件下复合材料中偏析情况。     

垂直定向凝固条件下通道偏析形成过程的数值模拟

建立了描述合金凝固过程热－溶质对流和宏观偏析形成过程的数学模型。模型中耦合求解了凝固过程中质量、动量、能量和溶质守恒方程；同时，基于固液两相区中温度和成分的耦合关系建立了固相分数场的更新方法。利用该模型模拟了底部冷却的二维矩形区域内Fe-C合金凝固过程中通道偏析的形成和发展过程。模拟结果表明，垂直定向凝固条件下通道偏析形成于液相线前沿附近，而不是两相区内部。这一结果很好地支持了文献中基于实验观察提出的通道偏析形成机理。     

薄板坯连铸凝固过程中宏观偏析的数值模拟

建立了连铸凝固宏观传输过程的温度场、溶质场、紊流流场模型,并对其进行了耦合求解.模拟分析了薄板坯凝固过程和宏观偏析的形成过程.计算表明,浸入式水口射流冲击到结晶器窄壁后形成上下两股回流,液相的紊流流动对传热、传质等都有显著的影响.随凝固的进行,液相中的溶质不断富集,最终在铸坯的中心区域形成宏观偏析.采用Schneider等的溶质传输模型,计算了固相溶质逆扩散对糊状区及固相溶质分布的影响.     

纤维增强二元铝合金凝固偏析的数值模拟

根据合金凝固过程中的守恒定律和传输原理 ,建立了纤维增强二元铝合金的凝固模型。利用所建立的模型 ,对Al2 O3 /Al Cu合金复合材料凝固时溶质传输和分布进行了数值模拟 ,研究了复合材料凝固时溶质偏析对纤维 /基体界面的影响。模拟结果与实验结果吻合较好。     

Ce对铸造Al—Cu合金凝固过程影响的研究

为了探索改善高强度铸造Al-Cu合金抗热裂性能的途径,采用液淬的方法,通过测量热平衡曲线、溶质浓度分布及金相显微分析等手段,研究了0．2％,Ce对Al-4．5Cu和高强度铸造Al-Cu－Mn-Ti合金的凝固过程的影响;研究结果表明,Ce的加入,改变了试验合金的凝固特性影响了合金的枝晶生长行为,其综合作用使合金组织明显细化和均匀化,且二次晶臂发达,对提高高强度铸造Al-Cu合金抗热裂性能具有积极作用。     

压力铸造对Al-Si-Cu合金组织的影响

本文研究了压力铸造条件下Al-Si-Cu多元合金的显微组织,通过与重力铸造条件下的比较发现：压力铸造不仅能明显细化Al-Si-Cu合金中的共晶组织和初生相(初生α-Al或初生硅),而且可以改善Al-Si-Cu多元合金中金属问化合物的形态和分布,甚至改变析出相的构成。     

低压脉冲电流对Al- 4.5Cu合金凝固组织的影响

研究了低压脉冲电流作用下Al-4．5Cu合金凝固组织的变化，考察了冷却速度、脉冲电压和处理时间对合金晶粒大小的影响。试验结果表明：在低压脉冲电流的作用下，Al-4.5Cu合金的凝固组织显著细化，其初生相由发达的树枝晶转变为均匀细小的蔷薇状晶体。合金的晶粒尺寸随着冷却速度的增加而逐渐减小。随着脉冲电压的提高，合金的晶粒尺寸逐渐减小；当脉冲电压达到400V时，晶粒尺寸略有回弹。随着处理时间的增加，合金的晶粒尺寸逐渐减小；当处理时间大于10min时，晶粒尺寸随着处理时间的增加而略有增大。     

铝合金真空吸铸加压凝固技术研究

在自行研制的真空吸铸加压凝固铝合金铸件浇注设备试验的基础上,分析了真空吸铸加压凝固的特点,针对有代表性的复杂铝合金铸件,分析该类铸件浇注系统设计的原理和浇注工艺参数的确定方法,研究了１种适合于大型复杂铝合金铸件制作方法。     

Zn对Mg-9Al合金凝固行为的影响

研究了Zn元素对Mg-9Akl合金的凝固行为，尤其是对热裂倾向性的影响。通过热分析手段考察合金的凝固特征。用热裂环法评价合金的热裂倾向性，引入了热裂倾向性（HSC）因子的概念。并通过金相观察、扫描电镜和电子探针对合金的凝固、热裂行为进行了研究。研究发现，在凝固过程中An,Al元素由于晶间偏析而在晶界富集。Zn元素的加入，增加了晶界低熔点相的量，并降低了其熔点，从而明显增加了合金的热裂倾向性。Mg-9Al-xZn合金的热凝产生于凝固后期，呈沿晶断裂。加入Zn元素对Mg-9Al合金的晶粒有细化作用。     

合金元素对铸造Al-4．5Cu合金准固态力学行为的影响

研究了铸造Al-4．5Cu合金的准固态力学行为及几种合金元素对其凝固行为的影响。结果表明：Si，Ce，La，Ti及Zr元素可有效减小Al-4．5Cu合金的结晶范围，从而使其热裂倾向性降低；La元素的加入可提高Al-4．5Cu合金的热裂抗力：并研制了一种新型Al-4．5Cu合金，该合金具有良好的室温与高温综合性能。     

铝合金压铸件充型和凝固过程的数值模拟

分析了压力铸造的工艺特点以及对压铸过程数值模拟软件系统的要求,利用基于有限元算法的铸造过程数值模拟软件对铝合金压铸件的充型和凝固过程的物理场进行了数值模拟,模拟结果对实际铸件的生产具有重要指导意义。     

Effect of Al on Expansion Behavior of Mg–Al Alloys During Solidification

The cooling curves and the change of contraction/expansion during solidification and cooling were tested by using a selfmade device which could achieve the one-dimensional contraction instead of three-dimensional contraction of the casting.Then, the effects of Al content(0, 1.1, 3, 5, 10, 12.9, 15, 17, 19, 22, 24 and 30 wt%) on the thermal contraction/expansion of the binary Mg-Al as-cast alloys during solidification were obtained. The results showed that expanding instead of contraction was present in Mg-Al alloys with the addition of 0-30 wt% Al during solidification. The values of expansion significantly increased at first and then decreased with the increase in Al content. And the maximum expansion ratio of 0.44%(maximum expansion value: 0.841 mm) was present in the Mg-15 wt% Al alloy. Contraction instead of expansion occurred once the temperature drops to the temperature corresponding to the expansion value in total, indicating the occurrence of a continuous expansion during the solidification process in mushy zone for the Mg alloys with Al addition of 5-30 wt%. The expansion value in total consisted of two parts: the expansions occurring in the liquid-phase zone and mushy zone. The expansion in liquid zone was present in every Mg-Al alloy, and it contributed to the most proportion of the total expansion value when the Al content in Mg-Al alloy was lower than 10 wt% or higher than 22 wt%. However, the total expansion value was mainly determined by the solidification behavior in mushy zone when the Al content was among 10-22 wt% in Mg-Al alloys.     

反压铸造压力,冷铁对石膏型铝精铸件凝固的影响

在反压铸造条件下，利用测温等实验方法较系统地研究了压力、冷铁在石膏型大型薄壁复杂铝精铸件凝固过程中的作用。研究表明，压力、冷铁是得到健全、优质石膏型大型薄壁复杂铝精铸件的有力措施。     

Sr对Al-Si-Mg铸造合金中Mg2Si相结晶行为影响的研究

采用光学显微镜和扫描电镜观察了不同Sr量Al 11 6 %Si 0 4%Mg合金的组织变化 ,并分析了Sr的存在对Mg2 Si相结晶行为的影响。在未完全变质合金中 ,Mg2 Si相以网络状或笋状等形式存在 ,与共晶Si片之间存在附着生长关系。而在完全变质合金中 ,Mg2 Si相以细小的颗粒相形式孤立地存在于共晶团边界上 ,数量极少。Sr的存在对Mg2 Si相凝固结晶行为产生了重要的影响 ,这与枝晶α的数量和共晶Si的变质程度等因素有关