铸件凝固三传计算机模拟的统一模型

应用作者建立的合金凝固三传统一数学模型和数值计算方法,在IBM PC个人计算机上,进行了AL一Cu合金铸锭在水平定向凝固过程中的温度、凝固进程、成分、压力和液相流场变化的数值模拟;进行了大高/长比Al—2%Cu铸锭的水平定向凝固实验。理论计算结果与实验测得的铸锭凝固温度场变化及宏观成分分布均吻合得很好。数值模拟及实验结果都显示出大高/长比水平定向凝固铸锭在水平方向和垂直方向上均存在宏观成分偏析。     

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。     

基于CA方法的Ti-45Al合金定向凝固过程微观组织模拟

采用CA方法建立了Ti-45Al(at.%)合金定向凝固过程中的组织演变数值计算模型,考虑了二元合金包晶反应过程,对液态金属冷却定向凝固过程中Ti-45Al合金的组织演变进行了模拟。模拟结果表明,定向凝固组织分为初生等轴晶组织、稳定生长的柱状晶以及中间过渡区域3部分,柱状晶一次臂间距随抽拉速度增大而减小。Ti-45Al合金在0.1 mm/min抽拉速度条件下,得到了以初生β相为主的凝固组织,在枝晶间溶质富集处有少量的包晶相析出,与相关试验结果基本一致。     

枝晶生长的三维元胞自动机模拟

通过将元胞自动机和有限差分方法相耦合,建立了立方体系金属和合金枝晶生长的三维模型.应用该模型,模拟了Al-Cu合金过冷熔体中自由枝晶的生长和定向凝固条件下Al-Cu合金凝固组织演变过程.模拟结果清楚展现了过冷熔体中自由枝晶的生长过程和定向凝固过程中枝晶的形成与淹没,与理论预测和实验结果相吻合,表明所发展的模型能够较准确...     

合金凝固过程再辉现象的数值模拟

本文采用二元合金的等温相场模型,在假定温度在计算区域空间上保持一致的情况下耦合计算热平衡方程,以Al4.5%Cu合金为例模拟了在不同冷却速率下二元合金凝固过程的枝晶生长过程及其再辉现象.结果表明:利用相场模型可以逼真地模拟二元合金过冷熔体中的枝晶生长过程,与试验得到的枝晶形貌吻合较好;凝固潜热和冷却速率显著影响枝晶的生长行为,再现其凝固过程的再辉现象,模拟的结果与经典枝晶生长理论相吻合.     

单晶高温合金杂晶形成倾向性数值模拟

采用液态金属冷却法(LMC)实现定向凝固,运用ProCAST有限元软件包计算了DD483高温合金的定向凝固过程。在试验验证获得合理模拟参数的基础上,模拟抽拉速度和平台尺寸对高温合金变截面试样定向凝固过程温度场的影响,并采用ProCAST中的元胞自动机(CA)与有限元(FE)耦合模块计算相应条件下的微观组织,探究拉速和平台尺寸对高温合金变截面试样平台区域杂晶形成的影响。结果表明,冷却曲线模拟结果与试验结果吻合良好;拉速越大,杂晶形成倾向越大;同样,平台尺寸越大,杂晶形成倾向也越大;试样平台尺寸越大,获得单晶的临界拉速越小。     

考虑包晶相的Ti-Al合金定向凝固枝晶生长数值模拟

考虑二元合金包晶反应和包晶转变过程,采用改进的CA方法建立了Ti-Al合金定向凝固过程中的组织演变数值计算模型,对液态金属冷却定向凝固过程中Ti-47.8Al(原子分数,%)合金包晶相的形成和具有不同优先生长方向的柱状晶的竞争生长进行了模拟。模拟了40 K/cm和80 K/cm两种温度梯度下合金的组织演化,并与相应的Ti-47Al-2Cr-2Nb合金定向凝固试验结果进行对比。结果表明,较之40 K/cm,温度梯度为80 K/cm时组织更快地进入稳定生长区,过渡区相对较短,而且柱状晶区晶粒的连续性更好,一次枝晶臂间距减小。     

定向凝固微观组织的相场法模拟研究进展

定向凝固过程中的界面形态对凝固组织有着决定性作用，相场法可以很好地展示凝固过程界面形态的演化。阐述了二元合金定向凝固相场方法数值模拟的基本原理及国内外研究现状，以Ni-Cu二元合金为例，采用相场法模拟了定向凝固过程中界面形态的演化，并指出该领域目前所面临的问题及进一步的研究方向。     

合金凝固组织微观模拟研究进展与应用

凝固组织是连接合金成分与性能的桥梁,准确认识和把握合金凝固微观组织的形成机理、主导因素与控制途径,对凝固组织与性能的优化具有重要意义。近年来凝固过程数值模拟取得了显著进展,元胞自动机(cellular automaton,CA)在合金凝固组织模拟研究方面展现出极大潜力。本文阐述了凝固组织计算中常见的形核模型与特点,对CA法枝晶生长模拟中的关键环节进行了分析和探讨,在此基础上,简要概括了铸造、定向凝固等相关领域凝固组织宏观-微观耦合模型的开发和应用现状,并对凝固组织模拟的发展趋势进行了展望。     

高温合金定向凝固界面换热系数逆向求解算法与应用

使用双铂铑(Pt-Rh₃₀/Pt-Rh₆（B）)热电偶采集单晶叶片定向凝固过程温度场数据,基于数值模拟逆向求解出定向凝固过程中高温合金DD6与模壳之间的界面换热系数,并分析了界面换热系数随界面温度变化的关系。采用得到的界面换热系数,基于ProCAST数值模拟,得到的仿真温度场数据与实测温度场数据吻合良好,单晶叶片定向凝固过程数值模拟精度得到有效提高。     

液相线铸造法半固态金属组织特征的相场模拟研究

液相线铸造法是获取均匀、细小非枝晶组织半固态合金浆料的一种新工艺。凝固过程的相场模拟表明,金属凝固组织形成枝晶的趋向随过冷度加大而增强,长大速度随之显著加快。液相线铸造时结晶凝固过程在枝晶形成趋向很小、长大速度较慢的过冷度范围完成,故应得到细小非枝晶组织;液相线铸造法浇注前熔体在液相线温度附近保温,发生双相区等温结晶分解过程,该过程的相场模拟显示,这一分解作用促成大量形核,导致在随后的浇注熔体中生长成大量均匀、细小非枝晶组织;二次加热至双相区,引起部分熔化和重新分解结晶,同理会使组织进一步得到改善。     

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.     

热噪声促发枝晶侧向分支的相场法数值模拟

使用耦合热扰动的相场模型,对枝晶生长过程中噪声引发侧向分支的形成进行了研究.结果表明,温度场方程中加入的能量守恒噪声能够引发枝晶侧向不稳定,是侧向分支形成的主要起因;相场方程中引入的非能量守恒噪声对侧向分支的贡献不大,考虑到节省计算量,在实际计算中常将其忽略;热扰动幅值Fu对温度场的影响明显,当Fu取值适当时,热噪声可以引发侧向分支,但是不影响尖端的稳态行为.     

定向凝固过程的数值模拟进展

针对定向凝固模拟的研究现状,概述了其中几种用于凝固的模拟方法,如三维枝晶胞膜跟踪法、电磁成形法、相场法等,并着重介绍了相场法。最后,在分析现有相场模型不足的基础上,指出了该领域研究中亟需解决的问题,并对今后的发展方向作了分析。     

相场法模拟中计算方法研究概述

介绍了国内外相场法模拟中使用的几种主要计算方法,评述了各种计算方法的各自的特点及局限性,展望了相场法模拟中计算技术的发展方向.     

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。     

金属熔体凝固微观组织模拟的相场方法研究

全面阐述了现有的金属熔体凝固微观组织模拟的相场模型:纯物质、二元合金理想溶液或正规溶液和稀溶液相场模型,指出构造适合于具有复杂溶液模型的金属熔体凝固微观组织模拟相场模型的必要性.提出采用相图计算热力学模型构造相场模型中的体系自由能,并对相场参数做出相应修正,建立了能对具有复杂溶液模型的金属熔体凝固微观组织进行准确模拟的相场模型.利用该相场模型对Ti-Al金属熔体中晶体的自由生长和定向生长进行了模拟,得到许多与试验观察和理论分析相一致的结果.     

相场法对比模拟二元合金等温/非等温凝固过程(英文)

基于熵函数建立二元合金的二维相场模型,采用基于均匀网格的有限差分法求解相场和溶质场控制方程;为了避免时间步长的限定,采用交替隐式差分法(ADI)求解温度场控制方程。对Ni-Cu合金非等温凝固过程的部分特征进行模拟研究,对比分析二元合金等温/非等温凝固过程。模拟结果表明:非等温模型更能有效地模拟二元合金的实际凝固过程,并且随着热扩散系数的减小,非等温相场模型逐渐向等温相场模型回归。     

相场模拟对流影响凝固组织形成的研究进展

相场法是模拟对流影响凝固组织形成的有效方法,本文介绍了在纯扩散相场模型中引入对流的两种方法:“粘度函数”引入法和“变化界面应力”引入法以及所建立的耦合对流的相场模型,概述了相场法在模拟凝固组织形成中的对流效应的应用和进展,指出了该领域目前面临的问题和未来发展趋势.