铸件凝固过程的微观组织数值模拟研究进展

对目前国内外铸件凝固过程微观组织数值模拟的研究进行了回顾.重点介绍了铸件凝固组织模拟的3类方法确定性方法、随机性方法、相场方法.评述了当前使用的数学模型的特点及局限性.总结了微观组织数值模拟研究的现状及其发展趋势.     

晶粒长大过程的相场法模拟

Fe-C合金凝固时微观组织所形成过程的模拟,对优化工艺参数、提高铸件质量,有着重要的工程应用价值.在KKS(Kim,Kim,Suzuki.)模型的基础上,采用相场和溶质场耦合的方法,对Fe-0.5mol%C合金的晶粒长大过程进行了数值模拟.结果表明:晶体生长初期,晶粒为球状,随着时间的推移,晶粒由球状向枝晶状转变,最后形成复杂的树枝晶.对Fe-C合金的凝固过程进行实验研究及对试样进行了微观组织分析.经对比得出,模拟得到的微观组织形貌与实际凝固所得到的微观组织形貌基本一致,验证了相场模型的正确性.     

铸件凝固组织微观模拟的研究进展

综述了铸件凝固过程微观组织模拟的研究进展，详细介绍了确定性方法、随机性方法、相场方法的发展过程．论述了共晶合金和枝晶合金凝固组织的数值模拟进展．最后，预测了凝固组织数值模拟研究的未来发展方向。     

铸件凝固过程的微观组织数值模拟研究进展

对目前国内外铸件凝固过程微观组织数值模拟的研究进行了回顾．重点介绍了铸件凝固组织模拟的3类方法——确定性方法、随机性方法、相场方法．评述了当前使用的数学模型的特点及局限性．总结了微观组织数值模拟研究的现状及其发展趋势．     

定向凝固微观组织的MonteCarlo模拟

应用MonteCarlo方法模拟了定向凝固条件下微观组织的形成过程，还模拟了双向凝固、四边由表向里凝固及整体凝固的微观组织形成过程，模拟结果与实际情况非常接近。同时分析了MonteCarlo方法用于微观组织模拟存在的问题和不足之处。     

凝固组织计算机模拟技术评述

用计算机模拟的方法研究组织形成过程对于改善材料性能、优化材料成型工艺等有重要意义,概述了近年来国内外凝固组织计算机模拟技术的进展,评述了当前使用的数学模型,即蒙特－卡洛模型、相场模型和基于界面稳定性理论的晶体生长模型的特点及局限性,展望了凝固组织计算机模拟技术的发展方向。     

相场法模拟Al-Cu合金连续冷却枝晶生长

采用相场、浓度场耦合的相场法,模拟了Al—Cu合金连续冷却条件下的枝晶生长过程．与以往的研究不同,本文通过指定过冷度序列,用一系列的等温凝固逼近连续冷却过程,因此避免了传统计算中温度场与相场分别采用宏观和微观两套网格及时间步长的问题．相场参数通过有限薄界面条件（thin interface limit）获得,模拟中考虑了各向异性、浓度扰动等影响．同时通过浓度场计算分析了晶内偏析现象．     

铸件凝固过程微观数值模拟方法进展

分析了铸件凝固过程微观数值模拟的两种方法：即晶粒动力学方法和相场合,分别介绍了其原理及其应用,并指出了各自的优缺点。在文章的最后,总结了微观模拟研究的现状及其发展方向。     

高温合金铸件凝固过程模拟的CA-FE法

运用现代造型软件PRO/E和有限元分析软件ANSYS,并且利用MATLAB软件的计算功能和图形功能,实现了对复杂高温合金铸件凝固过程的温度场和微观组织的仿真;同时耦合了铸件凝固过程模拟的微观动力学模型和宏观温度场模型,建立起实用高效的CA-FE集成模拟法。运用该模拟法研究某航天发动机高温合金铸件,得到其凝固过程的温度场及其微观晶粒组织,模拟结果和实际符合较好。     

焊接凝固过程中微观组织演变研究方法进展

在焊接凝固过程中微观组织演变会影响焊接接头最终的微观组织形貌,进而影响焊接接头的力学性能.对焊接凝固过程中微观组织演变研究方法进行全面探讨,首先讨论基于实验的微观组织演变研究方法包括Gleeble热模拟实验法、焊接接头不同区域微观组织比对的微观组织演变分析方法、基于化学成分改变的微观组织演变分析方法以及同步辐射原位观察...     

铝硅合金凝固组织的数值模拟

通过热焓法处理结晶潜热的二维不稳定热传导方程模拟凝固温度场，利用Scheil模型模拟质量浓度场，提出了枝晶尖端生长动力学修改模型，在温度场模拟与质量浓度场模拟基础上模拟了凝固过程中铝硅合金的组织在计算机上实现了组织形成过程的可视化，模拟结果与实验结果进行比较，两者基本吻合。     

Microstructure evolution of cast Al-Si-Cu alloys in solution treatment

To develop a software to predict the evolution of microstructure and the development of mechanical properties during the heat treatment of cast aluminum alloys, we modeled the redistribution of solute during the solution treatment of multicomponent alloys. The predictions of solidification simulation software or the results of experiment provided the initial microstructure and solute distribution for simulation of heat treatment. Binary through quinary aluminum alloys with silicon, copper, magnesium, and iron were modeled. The basic model assumed local equilibrium （no undercooling due to nucleation or growth） and computed diffusion in the solid constituents during solidification. The evolution of microstructure during solution treatment was followed by qualitative and quantitative metallography. The results of simulation for the ternary alloy Al-7%Si-3.5%Cu were compared to experimental observation.     

Au快速凝固及晶体生长的分子动力学模拟

为了研究液态金属在液固相变过程中的微观结构及热力学性质,采用Embedded-Atom Method(EAM)作用势函数,利用分子动力学方法模拟了液态Au凝固过程中不同冷却速度和压力下的热力学及动力学性质,并用固液两层构型的方法模拟了Au的晶体生长过程.模拟结果表明在相同压力下,冷却速度快时,形成非晶体;冷却速度慢时,形成晶体.在同一冷却速度下,压力越大,结晶温度越高.采用较慢的冷却速度并增加压力,可以使结晶过程进行得更充分,得到的结构更稳定.     

纯铜在凝固中微观组织演化的模拟

利用连续准瞬时形核模型和CA模型，结合凝固过程中传热、枝晶尖端生长动力学等因素作用，建立了一个二维元胞自动机模型，并根据这个模型模拟了纯铜铸件在凝固过程中形核、生长的微观过程．将模拟结果与实际组织进行比较表明，该模型可以近似地描述纯铜的凝固组织。     

Microstructure evolution of Al-Si semi-solid slurry by gas bubble stirring method

A novel technique of introducing gas bubble stirring during solidification was studied to prepare Al-Si semi-solid slurry. The microstructure evolution of the slurry during slow cooling process after stirring was investigated. The effects of the solidification rate on the microstructure of the semi-solid slurry were investigated under three different solidification conditions. The results show that fine non-dendritic slurry can be obtained using the gas bubble stirring method. Ripening and coarsening of primary Al grains are observed during the slow cooling process, and at last coarsened eutectic Si appears. Primary Al grains with different sizes and eutectic Si are obtained, corresponding to three different solidification rates.     

Modeling the dendritic evolution and micro-segregation of cast alloy with cellular automaton

In order to precisely describe the dendritic morphology and micro-segregation during solidification process, a novel continuous model concerning the different physical properties in the solid phase, liquid phase and interface is developed. Coupling the heat and solute diffusion with the transition rules, the dendrite evolution is simulated by cellular automaton method. Then, the solidification microstructure evolution of a small ingot is simulated by using this method. The simulated results indicate that this model can simulate the dendrite growth, show the second dendrite arm and tertiary dendrite arm, and reveal the micro-segregation in the inter-dendritic zones. Furthermore, the columnar-to-equiaxed transition (CET) is predicted.     

Q345钢凝固组织的模拟计算

运用ProCAST软件对Q345钢凝固过程进行数值模拟.铸坯中心等轴晶率模拟结果与工业试验用钢检测结果相一致,同时应用CAFE机理研究了过热度对Q345钢铸坯凝固组织的影响及规律。结果表明,过热度对凝固组织结构影响较大,晶粒平均半径由75℃的0.231 mm降低到15℃的0.191 mm。因此,实际生产过程中,在保证钢液顺利浇注的情况下,综合考虑铸坯质量与生产顺利,过热度需控制在15℃左右为宜。     

液态锌凝固过程中的分子动力学模拟研究

采用Morse势函数,用分子动力学方法研究了冷却速度对液态金属锌凝固过程微观结构的影响.利用径向分布函数、能量分析、Voronoi多面体结构分析等方法分析了凝固过程中的微观结构演变特征.结果表明,冷却速率大于2.5×1012 K/s时,得到非晶态结构;冷却速率小于7.0×10 11K/s时,将发生结晶.同时发现,在结晶...