连铸工艺对方坯凝固组织影响的数值模拟

铸坯凝固组织特征对于连铸坯粗坯质量具有重要影响。通过建立重轨钢U71Mn方坯连铸过程中传热和凝固组织模拟数学模型,研究了CA模型特征参数和连铸操作工艺参数对于凝固组织特征的影响规律。研究结果表明：平均形核过冷度控制柱状晶区域,随着该值的增大,柱状晶区域也随之增大;最大形核密度控制晶粒尺寸,该值越大晶粒的尺寸则越小。连铸拉坯速度波动在±0.5m/min时,最终铸态组织特征并没有明显变化,而浇注温度对于最终铸坯组织结构具有较大的影响,晶粒平均半径由15℃的1.555mm增加到45℃的1.721mm,并且中心等轴晶比例逐渐减小。因此,连铸生产过程中,在满足钢液顺利浇注的条件下,降低浇注钢液的过热度会很大程度上改善重轨钢内部组织结构,提高铸坯内部质量。     

真空自耗电弧熔炼γ-TiAl合金铸锭凝固组织模拟

采用CAFE模型对真空自耗电弧熔炼γ-TiA1合金铸锭凝固组织进行了数值模拟,在CAFE模型中分别采用高斯分布连续形核模型和扩展KGT模型描述晶粒形核和枝晶尖端生长速率.研究了熔炼速率、界面传热系数和形核参数对铸锭凝固组织的影响.结果表明,增大熔炼速率或者增大最大形核密度,均有利于促进等轴晶形成,抑制柱状晶晶粒长大;增大平均形核过冷度或者增大界面传热系数,均有利于促进柱状晶的形成和晶粒长大;标准方差过冷度对铸锭凝固组织几乎没有影响.     

基于CAFE模型研究过冷度/形核数对H13钢微观组织的影响

基于CA-FE方法对工业H13钢进行凝固过程数值模拟,建立了宏观温度场、浓度场和微观生长过程耦合的凝固组织模拟模型。以元胞自动机模型为基础,耦合有限元模型,在晶粒尺度上模拟了其凝固过程。应用建立的微观组织模型,研究了过冷度、形核数对凝固组织的影响。结果表明,过冷度处于0.1~5℃,晶区主要是中间等轴晶区为主,柱状晶区占有比极小,且生长趋势受到等轴晶的抑制;当过冷度处于5~7℃,柱状晶生长速度增大,占有比增加,但是中间等轴晶内部组织粗化,形状因子增大,晶粒尺寸和晶粒度偏差表现为先增大,后减小;然而,过冷度达到7~15℃,柱状晶生长受到内部等轴晶的抑制,柱状晶占有优势,且随过冷度增加,晶粒尺寸得到细化;且形核数增加,柱状晶区减小,等轴晶区增大,同时晶粒先增大后减小。     

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.     

基于3D-CAFE模型研究过冷度对430铁素体不锈钢凝固组织的影响

用3D-CAFE模型模拟了430铁素体不锈钢的凝固组织,研究了体形核最大过冷度对凝固组织的影响,而它的最大过冷度从2.20K以0.05K为间隔递增到3.35K.模拟结果表明,随着体形核最大过冷度增加,柱状晶区比例增加,等轴晶区比例减小,且外面激冷层细小等轴晶区和被拉长等轴晶区比例缩小.同时进行了430铁素体不锈钢的实验室凝固组织的研究,试验结果表明,在液相线温度下随炉空冷铸坯的凝固组织几乎都是球形等轴晶.实验与3D-CAFE模拟结果相吻合,说明3D-CAFE模型能为实验研究CET转变过程起到指导作用.     

非晶合金板材水平连铸的数值模拟与参数优化

采用ProCAST软件对非晶合金Zr_(48)Cu_(36)Al_8Ag_8板材的水平连铸过程进行温度场模拟,基于自主研发的水平连铸设备,并采用正交试验法分析了不同工艺参数对凝固过程各因素的影响。结果表明,影响凝固前沿形状的因素顺序为:拉坯速度浇注温度拉坯起始位置;影响凝固前沿平衡状态及板坯中非晶合金含量的因素顺序为:拉坯速度拉坯起始位置浇注温度。最优工艺参数组合是拉坯速度为4mm/s,浇注温度为1 080℃,拉坯起始位置为结晶器入口14mm处。     

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。     

厚断面高锰钢铸件凝固组织模拟与控制

采用元胞自动机与有限元相耦合的方法模拟厚断面高锰钢铸件凝固组织.对常规工艺与随流添加金属颗粒两种不同铸造工艺凝固组织进行模拟分析.分析浇注温度与形核质点密度对凝固组织的影响.结果表明增大金属液过热度,铸造组织粗大.普通砂型铸造高锰钢心轨铸件,平均冷却速度0.1℃/s,浇注温度为1 450℃时,形核质点密度接近2×107/m3.通过随流添加金属颗粒增加了形核质点,当形核质点密度达到5×107/m3时,高锰钢铸件晶粒细小,组织均匀.但形核质点密度增加到1×108/m3时,铸件将产生疏松缺陷.模拟结果与试验结果吻合较好.     

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。     

脉冲电变质处理纯Al凝固晶粒组织形成计算机可视化模拟

研究了电变质处理形成的纯Al凝固晶粒组织。试验过程中对不同电脉冲冲击能量下的过冷度数值进行实测,在此基础上利用连续形核模型和枝晶尖端生长的动力学模型即KGT模型模拟了纯Al凝固晶粒组织的形成过程。计算了该组织的凝固晶粒组织特征值,包括晶粒密度和平均晶粒尺寸,并与实测数据进行了对比。试验结果显示电脉冲冲击能量从0J增加到270J时,过冷度随脉冲能量的增加而从6℃增大到14．1℃,最大形核密度从1．99×10^4个／m2增大到1．99187×10^8个／m2,最大晶粒形核密度提高四个数量级。经过对比模拟结果与试验结果符合较好。