双辊连铸铝合金薄带凝固组织模拟的微观模型

在研究双辊连铸铝合金薄带工艺凝固过程的基础上,运用金属凝固的基本原理,并运用现代计算机仿真技术,建立了双辊连铸铝合金薄带凝固的异质形核、枝晶尖端的生长动力学、柱状晶向等轴晶转变(CET)的解析模型,同时建立了基于元胞自动机(CA)的双辊连铸铝合金薄带凝固组织的仿真模型,为双辊连铸薄带凝固组织形成的仿真模拟奠定了基础.     

铝合金双辊连续铸轧凝固组织模拟的数学模型

综述了近年来双辊薄带连铸过程与凝固组织数学模型以及物理数学多场耦合模型的研究和进展情况.对传热、流动、应力等多场耦合模型、宏观-微观模型的建模思想、特点和结论等进行了分析和比较,指出了目前还存在的问题,并展望了今后的发展方向.     

双辊薄带连铸凝固组织模拟微观模型的验证

以双辊薄带连续铸轧工艺凝固过程为基础,基于金属凝固的基本原理,并运用现代计算机仿真技术建立了双辊薄带连铸凝固过程的异质形核、修正的枝晶尖端生长动力学、柱状晶向等轴晶生长转变(CET)的解析模型以及基于元胞自动机(CA)的双辊薄带连续铸轧凝固组织的仿真模型,为双辊薄带连续铸轧凝固组织形成的仿真模拟奠定了基础,同时利用铝合金双辊薄带连续铸轧组织凝固过程验证了数学模拟的可行性。结果表明:可用建立的数学模型模拟预测铸轧工艺参数对双辊连续铸轧薄带凝固组织的影响。     

双辊连续铸轧凝固过程数学模型的建立及验证

以等价比热容法处理结晶潜热和以假设的流线边界划分网格节点,建立了双辊连铸薄带凝固过程的宏观速度场、传热、溶质传输和凝固组织形成的微观数学模型以及双辊连铸薄带凝固过程的宏观-微观耦合数学模型.同时,以固相率为媒介,采用宏微观不同的网格尺寸和时间步长,实现了宏观模型与微观模型的耦合,并对建立的双辊连铸薄带凝固组织形成的数学模型进行了验证.     

采用CA-FE法模拟双辊连铸纯铝凝固微观组织

使用有限元软件Procast中的元胞自动机-有限元模型,建立了一个模拟双辊连续铸轧纯铝凝固微观组织形成的随机性模型.综合考虑了溶质再分配、界面曲率、晶粒择优生长的作用,基于有限元建立了宏观温度场计算和一个改进的元胞自动机模型.采用基于高斯分布的连续性形核模型,辊面和熔体内部的形核分别采用两种形核分布函数;枝晶尖端生长速度采用与局部过冷度有关的修正KGT模型.利用软件计算结果模拟了不同浇注温度和熔液内部平均形核过冷度对凝固微观组织形成的影响.     

薄带双辊铸轧过程凝固组织的数值模拟

采用有限元方法计算铸轧过程中的宏观传输现象,用元胞自动机方法模拟微观凝固组织,将二者耦合模拟了双辊铸轧薄带凝固过程中晶粒的形核与长大过程,实现了对双辊铸轧薄带凝同过程组织演变的模拟;并以镁合金AZ31B为对象,研究了薄带铸轧工艺过程中的主要工艺参数(浇注温度、铸轧速度等)对镁合金薄带凝固组织的影响规律,从而为通过工艺优化来控制铸轧薄带的凝固组织提供了理论依据.     

双辊铸轧镁合金板坯微观组织特征

利用自行开发的镁合金双辊铸轧设备，通过镁合金铸轧工艺试验，制备出AZ31镁合金铸轧板坯。研究了双辊铸轧镁合金板坯显微组织特征及铸轧温度对板坯微观组织影响规律。结果表明，镁合金双辊铸轧板坯晶粒细小，均匀圆整，显微组织具有快速凝固和半固态组织特征；铸轧温度对板坯显微组织的影响显著，当铸轧温度为685℃时，镁合金铸轧板坯获得理想的显微组织。     

双辊连铸纯铝元胞自动机-有限单元法微观组织模拟

采用元胞自动机-有限单元法模型对双辊连续铸轧纯铝凝固组织进行了模拟。形核模型采用基于高斯分布的连续性形核模型,辊面和熔体内部形核采用两种形核分布函数;枝晶尖端生长速度和局部过冷度的关系采用修正的KGT模型。并研究了工艺参数和凝固参数对凝固晶粒组织的影响。结果表明,所建立的数学模型能够合理描述晶粒沿任意角度生长的过程,对温度场、溶质场和微观组织形貌的模拟计算结果合理。随着辊面传热系数的增大,薄带柱状晶宽度增加;随着体积形核密度的增大,薄带柱状晶宽度减小且晶粒组织变得细小均匀。     

双辊薄带不锈钢铸轧过程数值模拟

采用有限元法模拟了双辊铸轧不锈钢过程的流热耦合问题;分析了铸轧速度对熔池内流场、温度场的影响以及流场与温度场之间的相互影响;通过熔池内温度场及温度梯度分析了熔池内凝固的发展及其对热流密度变化的影响。此模拟结果可以为控制铸轧过程的稳定提供有效的数据。     

双辊铸轧Al-10Mg铝合金凝固组织的模拟及实验对比研究

基于金属凝固基本方程和元胞自动机方法的基本原理,建立了双辊铸轧宏观-微观耦合数学模型,对铸轧辊咬入点之前的Al-10Mg铝合金连续凝固过程进行数值模拟,得到了铸轧过程中Al-10Mg铝合金的凝固组织形貌、一次枝晶半径、二次枝晶间距,并预测了所制楔形带坯的力学性能.为了验证模拟结果的可靠性,对铸态试样进行金相检测及拉伸测...     

Simulation of microstructures in solidification of aluminum twin-roll casting based on CA

The microstructures in the solidification process of aluminum twin-roll casting was simulated based on CA (Cellular Automation Method), and the nucleation model based on the normal distribution and KUZR-GIOVANOLS-TRIVEDI(KGT) growth model were used in the calculation. FDM (Finite Difference Method) combined with relative motion was used, and dynamic evolution of microstructures in the process of aluminum twin-roll casting was achieved. Visual Fortran programming language was adopted to calculate and realize the image post-processing. Moreover, the effect of different casting process parameters on the formation of the microstructures was simulated. The results are helpful to explaining the dendritic segregation and size segregation as well as shrinkage-porosity defects. Columnar grains mainly distribute near the casting roller while equiaxed grains distributed far away from the casting roller.     

Micromodel of Simulation on Twin-Roll Continuous Casting Thin Strip Solidification Structure

在研究双辊连铸铝合金薄带工艺凝固过程的基础上,基于金属凝固的基本原理,建立双辊连铸铝合金薄带凝固的异质形核、枝晶尖端的生长动力学(KGT)、柱状晶向等轴晶生长的转变(CET)的解析模型,同时建立基于元胞自动机(CA)的双辊连铸铝合金薄带凝固组织的仿真模型,为双辊连铸薄带凝固组织形成的仿真模拟奠定基础,从而为双辊薄带连铸工艺提供一定的理论指导。同时利用铝合金双辊薄带连续铸轧组织凝固过程验证了数学模拟的可行性。     

铝带坯双辊铸轧过程瞬态传热数学模型

采用拉格朗日随体坐标建立了铝双辊铸轧过程瞬态传热数学模型。在数学模型中考虑了金属凝固动力学条件和采用试验测定的辊/铝带坯界面接触换热系数边界条件,用有限差分方法对控制方程进行了数值求解,并由现场测试数据验证了传热数学模型的正确性。     

镁合金铸轧凝固层焊合点控制及工艺优化

结合镁合金铸轧工艺特点,分析镁合金板坯铸轧过程中凝固层焊合点位置与板坯缺陷的影响规律;针对板坯厚度、铸轧区长度及铸轧速度等关键参数,简化凝壳径向生长及凝固前沿周向转动过程,确定铸轧速度匹配范围,建立凝固层焊合点位置控制模型,并通过工艺试验对控制模型进行验证.结果表明通过理论模型确定工艺匹配范围,可稳定并优化镁合金铸轧工艺,大幅度降低铸轧板坯宏观缺陷,获得表面光洁、质量良好的镁合金铸轧板坯.     

Microstructure of aluminum twin-roll casting based on Cellular Automation

Nucleation and growth model based on Cellular Automation（CA） incorporated with macro heat transfer calculation was presented to simulate the microstructure of aluminum twin-roll casting. The dynamics model of dendrite tip （KGT model） was amended in view of characteristics of aluminum twin-roll casting. Through the numerical simulation on solidification structure under different casting speeds, it can be seen that when the casting speed is 1.3 m/min, that is, under conditions of conventional roll casting, coarse columnar grains dominate the solidification structure, and equiaxed grains exist in the center of aluminum strip. When the casting speed continuously increases to 8 m/min, that is, under the conditions of thin-gauge high-speed casting, columnar grains in solidification structure all convert into equiaxed grains. Experimental and numerical results agree well.     

Simulation and control model for interactions among process parameters of directional solidification continuous casting

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｔｉｓｗｅｌｌｋｎｏｗｎｔｈａｔｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃｒｙｓｔａｌｓ,ｓｕｃｈａｓｃｏｌｕｍｎａｒｇｒａｉｎｓ ,ｆｉｂｅｒｒｅ ｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｎｄｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｍａｔｅｒｉａｌｅｔｃ ,ａｒｅｕｓｅｄｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙｆｏｒｓｏｍｅｅｓｐｅｃｉａｌｐｕｒｐｏｓｅｓ .Ｈｏｗｅｖ ｅｒ ,ｔｈｅｓｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ .ＴｈｅＤＳＣＣｐｒｏｃｅｓｓ (ｄｉ…     

双辊铸轧薄带钢温度场的有限元数值模拟

建立了双辊铸轧薄带钢过程有限元数学模型 ,开发了二维温度场的模拟软件TRC HEAT。利用该软件对熔池内的温度场进行了模拟 ,得到了不同工艺条件下温度场曲线 ;得到了实现稳定轧制时各工艺参数之间的关系 ,为铸轧过程的分析和控制提供了理论依据     

电磁搅拌法连铸半固态铝合主其凝固组织分析

采用电磁搅拌连续铸造装置,制备具有触变性非合晶组织的兰固态铝合金圆棒。棒料内部组织形貌为具有类圆形轮廓的初生相晶粒浸润在细共晶体中,与传统的凝固枝晶组织有显著差异。对兰固态非枝晶组织的演化机理进行了探讨,结果表明处于交变电磁场中的金属液体,可视为导电介质流,它与磁场交互作用,在导电介质充中产生彻体力。半固态非枝晶组织是在晶体正常的形核和长大过程中,受彻体力强烈的混合抑制作用而形成的。