铸件微观组织数值模拟的研究进展

针对目前微观组织模拟的最新研究现状,简述了几种主要的研究方法,如确定性模拟方法、随机性模拟方法和相场方法等,探讨了其主要特征和模拟微观组织时的局限性,同时展望了凝固组织模拟的发展方向.     

微观组织数值模拟发展概述

介绍了计算机微观组织模拟的几种主要研究方法，概述了目前国内外凝固组织模拟的研究进展，评述了当前使用的数学模型的特点及局限性，展望了凝固组织数值模拟技术的发展方向。     

二元合金非等温凝固相场法模拟

利用耦合温度场与溶质场的相场模型对Al-Cu二元合金非等温凝固时枝晶生长过程进行了模拟。研究了人为变化的不同热扩散系数对枝晶生长行为的影响。计算结果表明：随着热扩散系数的减小，潜热释放对熔体内原有温度场的影响也减小，熔体内过冷度能够更好地保持；而枝晶尖端生长速度将增大．枝晶呈现出更发达的侧向分支；同时，溶质偏析程度也越小。将计算模拟结果和实验结果进行了比较，两者吻合良好。     

Al-Cu合金凝固组织演变的模拟与预测

采用相场法对铸造Al-4.2Cu合金的凝固组织中的枝晶生长速率和枝晶尖端半径进行了计算机模拟,并与Ivantsov理论计算得到的Peclet数值进行了对比分析。结果表明,Al-4.2Cu合金凝固过程中枝晶尖端生长速率基本分布在0.04 m/s附近,Al-4.2Cu合金凝固过程中枝晶尖端半径则主要分布在1.0×10-7m;本文的相场法计算模拟得到的非等温和等温凝固结果和Ivantsov理论计算得到的值基本吻合,相对而言,非等温凝固的模拟结果相对要比等温凝固模拟结果更接近Ivantsov理论值。     

铸造凝固微观组织模拟研究进展

铸造凝固微观组织模拟是用计算机模拟铸件微观组织的形成过程,以预测铸件的组织结构和性能.本文概述了目前国内外凝固微观组织数值模拟的研究进展、相关基本原理和模型,介绍了采用计算机进行微观组织模拟的几种主要方法,评述了当前所使用的物理数学模型的特点及局限性,指出了该领域目前面临的问题和未来发展趋势.     

相场法凝固组织模拟的研究进展

阐述了相场法是一种用于模拟凝固微观组织的有效方法 ,是目前国内外的研究热点 ;论述了相场法模拟凝固微观组织的原理和国内外的研究现状 ,并指出进一步研究的方向。     

Al-7Si凝固组织初生α相的计算机模拟

采用有限差分法计算Al-7Si合金凝固的宏观传输现象(包括温度场、浓度场);并以此计算结果为基础,耦合局部区域放大法对初生α相的形成与长大进行模拟.同时将α相在空间的生长过程与试样的截面组织联系起来,模拟了截面上初生α相的形貌和析出过程.经试验验证模拟结果与试验结果基本一致.     

相场法凝固数值模拟的研究进展

相场方法能有效地避免跟踪固-液相界面,已成为对各种材料建模和计算界面、相边界移动的有效方法,是目前国内外的研究热点.本文论述了相场法模拟凝固微观组织的原理和国内外的研究现状,指出了进一步的研究方向.     

过冷定向凝固Ti-44Al合金微观组织的相场法模拟

采用相图计算热动力学模型构造凝固体系的自由能,通过相场法模拟了Ti-44Al合金在过冷定向凝固条件下微观组织演化,观察到胞/枝晶共存的微细结构的形成。对胞/枝晶尖端温度场分析表明,结晶潜热的释放导致“领先臂“尖端的固相前沿出现局部正温度梯度有利于这种结构的形成。同时考察了“领先臂“尖端的溶质场分布并计算了溶质分配系数。模拟结果与试验结果有可比性,与理论结果相符合。     

相场模型及其在凝固组织模拟中的研究进展

相场法作为一种模拟凝固微观组织的有效方法,是目前研究的热点.对相场模型的基本原理、数值计算方法以及在凝固组织模拟中的研究进展进行了综述,提出了相场模型在微观组织模拟中存在的主要问题以及今后的发展方向.     

PREPTiAl基合金粉末冷凝组织特性

在Ｈｅ气保护下采用ＰＲＥＰ工艺制取Ｔｉ－４８Ａｌ－１Ｖ（ａｔ％）合金粉末，观察粉末表面冷凝组织特性，估算冷却速率（Ｖｃ）和冷凝速率（Ｖｓ），并对其影响因素进行了分析讨论。结果表明，Ｖｃ值达到１０４～１０６Ｋ／ｓ，比在Ａｒ气气氛中的Ｖｃ值高。Ｖｓ值处在１．３１～１０．５７ｃｍ／ｓ范围。二次树枝晶臂间距（Ｓ）和初始β晶粒度（ｄ）随Ｖｃ变化规律分别服从幂函数Ｓ＝３４．２１　和ｄ＝７２３　。当粉末颗粒较大，Ｖｃ值较低时，结晶是完整树枝状，而当粉末颗粒较小，Ｖｃ值较高时，结晶呈胞状。这些结果表明，在Ｈｅ气保护下的ＰＲＥＰ快速冷凝效果比在Ａｒ气保护下的要好。     

添加Cr元素对快速凝固Al-Ti-Fe基合金显微组织和显微硬度的影响

采用单辊旋铸技术制备Al-2．5Ti-2．5Fe和A1-2．5Ti-2．5Fe-2．5Cr合金薄带，利用X射线衍射、EDS、透射电镜和高分辨电镜来分析该两种合金的急冷态和退火态显微组织，研究了Cr对快速凝固Al-2．5Ti-2．5Fe合金显微组织和显微硬度的影响。     

Microstructure Development of Directionally Solidified Nb-Ti-Si Based Ultrahigh Temperature Alloy

Integrally directional solidification of an Nb-Ti-Si based ultrahigh temperature alloy was performed in an ultrahigh temperature and high thermal gradient furnace with the use of ceramic crucibles. The microstructural evolution with the withdrawing rate increasing during directional solidification was revealed. The integrally directionally solidified microstructure was composed of couple grown lamellar (Nbss+(Nb,X)5Si3) eutectic colonies and a few hexagonally cross-sectioned (Nb,X)5Si3 columns (X represents...     

快速凝固Al-2.5Ti-2.5Fe合金显微组织及热稳定性的研究

采用单辊旋铸技术制备Al-2.5Ti-2.5Fe合金薄带，利用DSC分析、X射线衍射和透射电镜来分析该合金的急冷态和退火态组织，测定了合金在 同温度下退火10h后的显微硬度。结果表明，快速凝固Al-2.5Ti-2.5Fe合金稳冷态组织中存在两种初生相：Al3Ti相和Al5Ti2相；而经300℃退火10h后，将发生亚稳相Al5Ti向稳定相Al3Ti 的转变；经400℃退火10h后，组织中出现了平衡稳定相Al13Fe4，且在热处理过程中弥散析出Al3Ti相。     

镁合金铸造成形过程宏观／微观模拟

通过研究镁合金压铸过程中界面热,采用热传导反算法确定压铸过程的界面换热系数,研究镁合金压铸过程中工艺参数及凝固过程对铸件界面换热系数的影响规律,建立镁合金压铸过程界面换热边界条件的处理模型,以实现镁合金压铸过程中凝固过程的准确预测。通过实验研究镁合金压铸过程中凝固组织,建立了镁合金压铸过程中形核模型。采用CA方法,建立了镁合金枝晶生长模型,以实现镁合金凝固组织的预测。采用相场方法研究了镁合金枝晶生长形貌。     

Ce和Sr对压铸锌合金组织与力学性能的影响

研究了高压铸造条件下,富Ce稀土和Sr的添加对锌合金凝固组织与力学性能的影响.结果表明,在压铸条件下,富Ce稀土和Sr能优化压铸件微观组织,细化晶粒,抑止杂质元素的有害影响,使其力学性能得到提高.     

1种新的模拟铝合金铸态组织的随机性方法

采用1种新的随机性模拟方法并与宏观传热过程相耦合，对铝合金的微观组织进行了模拟研究。计算中采用了简化的枝晶形状。建立了简化的枝晶形状的物理与数学模型，并提出了1种形状函数来描述晶粒的外部轮廓。基于简化的晶粒形状，采用坐标变换技术来描述过冷液相中晶粒的生长过程及其对周围节点的捕获过程。连续形核模型被用来处理异质形核现象，在生长模型中则考虑了枝晶尖端生长动力学和择优生长方向。开发了等轴晶生长的模拟程序，并进行了二维计算。进行了浇注金属型和砂型试样的模拟验证实验。结果表明，对两种不同的工艺，所得到的晶粒组织不同，金属型铸造时得到的晶粒尺寸较小，砂型铸造的较大。模拟结果与金相观察结果相符。     

电子束表面熔凝处理对镍基高温合金熔凝层组织及其抗高温氧化性能的影响

采用电子束表面熔凝处理方法研究了电子束表面熔凝处理M38G高温合金熔凝层组织和熔凝层组织对高温氧化的影响。结果表明 :试样经电子束表面熔凝处理后 ,根据扫描电镜观察可见 ,在扫描速率不变的情况下 ,随着电子束作用能量的降低 ,其熔凝层组织明显细化 ,在试验条件下可达 2 μm左右。采用箱式电阻炉进行 10 0 0℃× 10 0h空气静态氧化试验 ,结果表明 :试样在 10 0 0℃氧化 10 0h后 ,所形成的氧化膜组织仍然比较细小 ,EDS分析结果显示氧化膜以氧化铬为主 ,氧化过程中形成的氧化膜未破裂 ,起到了对基体的保护作用。     

电场对A1—4％Si亚共晶合金凝固组织的影响

研究了不同电流密度下直流电场、交流电场对A1-4%Si亚共晶合金凝固组织的影响。结果表明,直流电场、交流电场都使合金初生相α-Al枝晶间距和晶粒大小产生变化,直流电场下随着电流密度的增加枝晶间距和晶粒逐渐减小,在电流密度达到最大值32.5mA/mm2时,枝晶间距和晶粒最为细小;交流电场下随着电流密度的增加,α-Al枝晶间距和晶粒也经历了一次细化过程。枝晶间距和晶粒的细化使合金的力学性能提高。