显微偏析数值模拟的微观模型和数值方法

研究显微偏析数值模拟中的微观模型和数值方法,在微观模型中考虑了树枝晶粗化、固相溶质逆扩散、枝晶尖端过冷、随温度变化的溶质扩散系数等影响显微偏析形成的动力学因素.数值方法中采用变网格技术跟踪移动界面,通过迭代求解溶质扩散方程和溶质守恒方程计算显微偏析参数.并给出了微观计算流程图,这种数值方法可以方便地与宏观计算、相图计算相耦合.模拟算例表明模拟结果与实验结果吻合较好.     

Al-Mg5.0-Mn0.5铝合金均匀化退火过程中Mg、Mn元素显微偏析的DICTRA模拟（英文）

基于DICTRA动力学软件的MOB2和Al基数据库,对Al-Mg5.0-Mn0.5铝合金在470℃不同时间均匀化退火过程中Mg和Mn元素的显微偏析进行了模拟计算,并使用偏析因子来评价470℃不同时间均匀化退火过程中Mg和Mn元素的偏析程度。结果表明:在470℃不同退火时间后,Mg和Mn元素的偏析因子有如下变化:退火8.3h后,Mg的偏析因子约为0.94,接近1.0,而Mn的偏析因子在0.78～1.3之间;在退火11.1 h后,Mg的偏析因子约为1.0,表示Mg的浓度基本扩散均匀,而Mn的偏析因子依然在0.78～1.3之间;退火27.8h以后,Mn的偏析因子为0.8～1.3,与11.1h相比只有微小的变化。根据计算结果,470℃下退火保温时间至少为11.1h,Mg引起的微观偏析可通过均匀化退火消除;而Mn引起的微观偏析即使是470℃下退火保温时间为27.8～30h仍然不能消除。通过对470℃不同均匀化退火时间合金元素的面分布对上述模拟结果进行了验证。本研究可为Al-Mg5.0-Mn0.5铝合金退火工艺的选择提供依据。     

凝固路径对Al-4.5%Cu合金显微偏析参数影响的数值模拟

通过对Al-4.5%Cu合金铸锭显微偏析形成的数值模拟,研究了凝固路径对凝固后铸锭不同位置处显微偏析参数的影响.在显微偏析模型中考虑了树枝晶粗化、固相溶质逆扩散、枝晶尖端过冷、随温度变化的溶质扩散系数等影响显微偏析形成的动力学因素.数值方法中采用变网格技术跟踪移动界面,通过迭代求解溶质扩散方程和溶质守恒方程计算显微偏析参数.结果表明,对于Al-Cu合金,固相扩散主要由溶质扩散速率控制,而非局部凝固时间.显微偏析参数不仅取决于局部凝固时间,还要考虑凝固路径的影响.     

基于计算机仿真的Pb-Sn合金侧向凝固过程A偏析行为分析

根据热溶质在凝固过程中传输原理,通过计算机建立A偏析成形过程的数值模型,得到温度场和浓度场与固相分值的耦合关系;再利用计算机进行数值模拟计算A偏析在合金溶液凝固成形的演化过程,并且分析研究了A偏析的成形位置及其变形程度受浮力数值的影响。结果表明,侧向凝固过程中,溶质浓度与温度的变化均对流体密度产生影响,且该影响因素互相抑制。当膨胀系数α或浮力比F较小时,在凝固侧较近区形成A偏析;随着膨胀系数α或浮力比F的增大,A偏析向凝固中心处移动,偏析程度较小,可提高铸件的力学性能与使用性能。     

一种新型潜热处理模型显微偏析数值模拟的应用

在显微偏析数值模拟中,宏/微观模型通过潜热处理相互耦合.潜热模型直接决定着模拟结果的准确性.将近期先进的潜热处理模型引入显微偏析数值模拟,对Al-4.5Cu合金铸锭显微偏析的形成进行了数值模拟.在模型中考虑了树枝晶粗化、固相溶质逆扩散、枝晶尖端过冷、随温度变化的溶质扩散系数等动力学因素,微观数值方法中采用变网格技术跟踪移动界面,通过迭代求解溶质扩散方程和溶质守恒方程计算显微偏析参数.在简化耦合算法的情况下,模拟结果与试验结果符合.     

高硫易切削钢的硫负偏析现象及其机制

钢中硫是正偏析元素,在铸坯凝固过程中,从柱状晶析出的硫元素排到尚未凝固的中心部位会形成连铸坯的中心偏析。通过对某厂生产的X1215易切削钢连铸坯进行碳、硫元素含量检测,发现连铸坯中心处硫元素出现了负偏析现象。基于Scheil方程和[Mn]-[S]反应平衡方程,建立钢液在凝固过程中硫化锰夹杂物析出的计算模型,并以此模型计算X1215钢凝固过程中硫化锰的析出时期。计算发现,X1215钢中硫化锰在凝固分率为0.45~0.50时开始析出,到达凝固末期时析出完成,进而导致铸坯中心处的硫元素产生负偏析。     

铝锡合金液电磁搅拌的流场模拟分析

Al8%Sn2%Si2%Pb0.8%Cu0.2%Cr铝合金是具有优越性能的复合轴瓦材料，但容易产生比重偏析，需要进行搅拌。通过对搅拌器的流场模拟计算，得到了最佳工艺参数，相位差为90度，频率为50Hz，电压为7V时，能得到最为均匀的密度分布，计算结果与试验值很吻合，对科研工作具有指导作用。     

凝固路径对Al-4.5%Cu合金共晶相体积分数影响的数值模拟研究

通过Al-4.5％Cu合金铸锭显微偏析形成的数值模拟，研究了凝固路径对凝固后铸锭不同位置处共晶相体积分数的影响。在显微偏析模型中考虑了树枝晶粗化、固相溶质逆扩散、枝晶尖端过冷、随温度变化的溶质扩散系数等影响显微偏析形成的动力学因素。数值方法中采用变网格技术跟踪移动界面，通过迭代求解溶质扩散方程和溶质守恒方程计算显微偏析参数。结果表明，不能仅靠局部凝固时间来分析共晶相体积分数的变化，还要考虑凝固路径的影响。     

Study of Microsegregation In Al--Cu—Zn Ternary Alloys by Experiment and Scheil Model

应用相图计算耦合Scheil模型、简单Scheil方程和实验比较研究了Al-Cu-Zn合金单相凝固过程的凝固路径和微观偏析，相图计算耦合Scheil模型的计算结果显示，Al-Cu-Zn合金单相凝固结束点的溶质含量与凝固初始点的成分同步变化，溶质含量和溶质分凝系数随凝固过程的进行不断增加；在热力学计算出合金分凝系数的基础上，简单Scheil方程可以计算初生相含量，从不同溶质得到的计算结果是自洽的，并与相图计算耦合Scheil模型的预测值一致；实验测定了不同成分铝合金的共晶含量和枝晶间距，实验数据与模型结果基本一致。     

40Cr钢元素偏析对冲击韧性的影响

针对40Cr钢出现冲击值降低的问题,运用实践——认识——实践掌握客观规律的方法,研究了几个炉号的钢材,得出其中元素偏析是影响冲击值降低的原因。在所研究的炉号中,微量元素磷和锡在正常的热处理工艺条件下偏析于奥氏体晶界;偏析程度可因其它合金元素的偏析而加剧。磷和锡的偏析引起原奥氏体晶界相间结合力减弱,导致冲击值降低。通过正火和不完全淬火以改变磷和锡的分布,使冲击值显著提高,并保证其它机械性能满足要求。在生产过程中,不宜采用不完全淬火时,应当控制原材料的成分和冶炼工艺,使微量有害元素的含量降至一定限度以下。     

NUMERICAL SIMULATION OF CHANNEL SEGREGATION IN Al-4.5wt-%Cu ALLOY

Equations for numerical simulation of channel segregation based on a model of continuum ap-proach to porous medium were advanced.In order to solve the non-linear computation prob-lem caused by the interactions between unknown variables in the equations,the trial-and-er-ror method is used.The computation results showed that the radial back-flow due to naturalconvection in mushy zone indeed exists in A1-4.5wt-%Cu alloy ingot under the condition oflow cooling rate,and that the numerical simulation of channel segregation is applicable due tothe coincidence of calculated concentration with the experimental values.     

Kinetics of non-equilibrium grain-boundary segregation induced by applied tensile stress and its computer simulation

A set of kinetic equations is offered for non-equilibrium grain-boundary segregation induced by applied tensile stress. The simulation using the equations is in good accordance with the observation of sulfur grain-boundary segregation in steel.     

EFFECT OF GRAVITY FIELD ON SOLIDIFICATION BEHAVIOR OF STEEL INGOT

ＥＦＦＥＣＴＯＦＧＲＡＶＩＴＹＦＩＥＬＤＯＮＳＯＬＩＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮＢＥＨＡＶＩＯＲＯＦＳＴＥＥＬＩＮＧＯＴ￥ＣＨＥＮＷｅｉｄｅ;ＺＨＥＮＧＸｉａｎｓｈｕ;ＪＩＮＪｕｎｚｅ（ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ,Ｄａｌｉａｎ,...     

铝合金三维枝晶生长相场模拟

以相场模型为基础,耦合热噪声,对三维铝合金枝晶生长进行模拟计算．考虑到三维模拟计算量大,赋值计算单元界面标志,在界面处引入噪声,而不是全局引入噪声,加快了计算速度．在多相场模型中选用了不同的生长最优方向,与实际情况更加符合．计算结果表明,加入热噪声是二次枝晶臂产生的原因之一,加入热噪声不影响尖端的稳态行为．     

热扩散对高碳线材碳偏析和网状渗碳体的影响

改编了碳偏析指数随温度及时间的变化模型,研究了一种线材碳偏析指数在热扩散试验中的变化规律,通过试验验证了碳偏析模型的有效性,并根据模型公式预测了铸坯碳偏析指数需要的热扩散时间。试验结果表明:线材在1200℃经2 min和4 min热扩散后,其碳偏析可以降低至1. 10和1. 05以下,空冷组织网状渗碳体级别显著降低。线材热扩散试验数据与模拟数值趋势一致,存在着线材升温至稳定所需的约0. 5 min差值。经过数值模拟,铸坯经过1200℃-590 min热扩散后偏析指数可降低至要求范围,但在实际操作中需考虑铸坯在加热过程中的热扩散。      

Numerical simulation of macrosegregation in large multiconcentration poured steel ingot

Abstract

A continuum model for the transport phenomena in solidification systems is used to investigate the formation of macrosegregation in a 360 t multiconcentration poured steel ingot. A numerical scheme with explicit time stepping in solidification problems is employed to solve coupled temperature and concentration fields, and equations of momentum. The proposed scheme is tested against an experimental concentration field reported in the literature. The influences of the concentration in each ladle and the ladle pouring time upon macrosegregation are studied. The simulation results show that, with a shorter time for the last ladle, macrosegregation is not significantly reduced with MCP compared with conventional single concentration pouring. A longer ladle time produced a marked reduction in the extent of positive segregation at the top of the ingot. Any positive segregation in excess of the industrial requirement limit is shifted to the riser. If the last ladle is poured after a longer time, growth of channel segregates is initiated by local remelting.     

ZL205A铝合金线状偏析的形成机理及判据(英文)

采用实验和数值模拟方法,对ZL205A铝合金筒形壳体铸件在低压铸造时出现的线状偏析的形成机理及预测模型进行研究。利用数值模拟技术对该铸件在凝固期间的传热进行分析,通过大量实际低压铸造获得ZL205A合金铸件中产生的线状偏析信息、铸件低压铸造过程的温度场以及线状偏析形成部位凝固参数的变化规律,提出了ZL205A合金低压铸造过程线状偏析的形成机理和判据。研究表明,ZL205A合金铸件的线状偏析是由于铸件在凝固后期,浇注系统尚能进行补缩,此时铸件局部形成热裂,高浓度的溶质在补缩压力的作用下对该热裂填充而最终在该部位形成线状偏析。根据分析得出形成机理,得到消除线状偏析的工艺控制方法。采用线状偏析判据对其它铸件的线状偏析进行模拟预测,预测结果与实际浇注结果的对比表明,该判据能够较为准确地预测ZL205A合金筒形壳体铸件的线状偏析位置。     

磷偏析对低碳钢孔蚀扩展的影响

    选择6种冶金因素各有特点的低碳钢,通过模拟“闭塞腐蚀电池”试验和室内挂片试验,结合金相组织、硫印、磷偏析和腐蚀形貌分析,研究磷偏析对孔蚀扩展的影响.结果表明,腐蚀形貌上呈现出凹凸状的平行腐蚀沟槽,这种平行腐蚀沟槽与磷偏析相关,而不是与沿轧制延伸的夹杂物(硫偏析)或平行的带状组织(碳偏析)相关.凹凸状的平行腐蚀沟槽形成原因是磷在溶液中离解为磷酸根离子,产生微溶的金属盐,在蚀坑的阳极活化区沉淀,从而抑制了阳极溶解.       

PAW+TIG电弧双面焊接小孔形成过程的数值模拟

综合考虑影响等离子弧小孔形成的等离子流力、重力、表面张力等力学因素，建立了等离子电弧＋钨极电弧（PAW＋TIG）双面焊接时小孔形成过程的数学模型，并与焊接传热的控制方程耦合，采用数值模拟技术，定量分析了小孔形成的动态过程，根据数值分析结果，将小孔的形成过程分为开始焊接到熔透，熔透到开始穿孔，开始穿孔到小孔形态稳定三个阶段，熔池的最小跨距可作为小孔建立的评价指标。小孔的形成是热、力共同作用的结果。     

金属凝固过程数值模拟的最新进展--第10届MCWASP国际学术会议论文述评

介绍了第10届铸造、焊接及先进凝固过程模拟(MCWASP)国际学术会议论文.从凝固组织模拟,偏析和显微缩松模拟,成形件铸造模拟,数据库和实验等方面对当前金属凝固过程数值模拟领域的最新研究进展进行了简要评述.最后,对该领域的发展趋势和今后的研究重点提出了作者的一些思考和观点.