电场对电磁冷坩埚定向凝固磁场与温度场研究

脉冲电流作用定向凝固不仅能影响晶体的生长,还可调控凝固组织,从而影响合金的性能。为进一步研究其作用机理,采用ANSYS有限元软件模拟脉冲电流作用下合金熔体的电磁场分布以及对TiAl基合金连续凝固温度场的影响。结果表明：脉冲电流作用下的合金熔体表层磁感应强度最大,径向随着与表层距离的增大,磁感应强度下降。随着脉冲电流强度的增大,由于脉冲电流产生的集肤效应与焦耳热效应,使温度场与电磁场整体提高,轴向感应线圈中部温度最高,径向合金熔体与表层温差值逐渐减小、温度分布更均匀,侧向散热减弱,定向凝固趋势提升。     

铸件凝固过程温度场数值模拟研究进展

作者概述了国内外铸件凝固过程中温度场数值模拟进展，介绍了傅立叶方程及其相应初始条件、边界条件、潜热处理以及多种计算方法，提出了凝固过程温度场模拟需解决的问题和发展趋势。     

电子束冷床熔炼TA10钛合金扁锭温度场及凝固组织的数值模拟

在电子束冷床熔炼TA10钛合金扁锭的凝固过程中,温度场分布和凝固组织对铸锭质量的性能有重要影响.通过建立钛合金传热模型和CAFE模型,基于Procast模拟软件并结合二次编程开发研究了结晶器尺寸对熔池深度的影响,以及凝固工艺参数对温度场和铸锭凝固组织的影响.结果表明：当结晶器内长超过650 mm或结晶器高度大于350 mm时,熔池形状不再发生变化;当钛锭横截面的面积一定时,钛合金熔池深度随着结晶器内长的增大而逐渐减小,但结晶器壁厚尺寸对熔池深度影响不大;拉锭速度和浇注温度的提高都会使熔池变深,过渡区长度也会增加,但浇注温度对过渡区的影响远小于拉锭速度对过渡区的影响;随着拉锭速度和浇注温度的提高,柱状晶区变得越来越明显,平均晶粒半径逐渐增大,降低拉锭速度或浇注温度可达到细化晶粒的效果.当拉锭速度为1.0×10^-4 m/s时,浇注温度在1 700～1 800℃范围内可获得组织均匀的TA10钛合金扁锭.上述结论为大型TA10钛合金扁锭的实际生产提供了重要的理论指导.     

电磁约束成形定向凝固过程的非线性温度场分析

综合考虑试样的抽拉运动,试样内部固液两相共存且物性有差异,以及表面的幅射换热等因素,针对圆棒试样,建立了电磁约束成形定向凝固过程中试样内部非线性温度场的有限元分析模型,并计算出给定实验工艺条件下试样内固液界面的位置、液柱高度以及试样内部温度分布。计算结果和实验结果吻合,证明了本所建模型和算法正确可靠,可用于电磁约束成形定向凝固工艺的参数设计,指导实验和生产。     

单晶连铸凝固过程温度场数值模拟（Ⅰ）——温度场的物理模型及 …

通过对单晶连铸凝固过程原理的分析,建立了温度场计算的物理模型及数学模型。利用该模型通过数值计算可以将工艺参数和固液界面的形状与位置定量的联系起来,为单晶连铸凝固过程的自动控制提供理论依据。     

单晶连铸凝固过程温度场数值模拟（Ⅱ）——数值计算程序及计 …

在作者建立模型的基础上,通过编程并以纯铝单晶连铸为对象进行了模拟计算,证明所建立的模型是有效的,采用的计算方法和编程是正确的。计算结果表明,冷却能力和铸型温度是影响固液界面形状和位置的显著因素,牵引速度和导流管中的液体金属温度影响较小。     

方坯连铸凝固传热数值模拟及二冷动态控制

二冷是影响连铸机生产和铸坯质量的重要因素,针对连铸二冷区的均匀冷却问题,建立了方坯连铸机数学模型,其中包括铸坯凝固传热模型和二冷配水控制模型．采用二维有限元差分法求解凝固传热模型,分析了铸流在二冷区的凝固过程中温度场分布和凝固坯壳厚度,为建立二冷控制模型提供了依据和输入数据．建立了基于中间包钢水连续测温和有效拉速实现二冷动态前馈控制模型。该控制模型成功应用于实际铸机的二冷配水,应用结果表明：二冷动态控制模型具有比传统二冷配水控制模型更好的控制效果,铸坯质量有了明显提高．     

基于元胞自动机法的铝合金定向凝固过程微观组织数值模拟

基于溶质扩散和界面能的作用,考虑成分过冷、曲率过冷和界面能各向异性和界面扰动,并改进了溶质再分配的算法以及界面液相浓度偏导数的离散格式,建立了凝固过程中晶体的生长模型。利用此模型并采用元胞自动机方法对铝合金定向凝固过程中的平界面、胞状和枝晶状三种典型界面形貌演化进行了模拟,并把模拟参数和模拟结果与经典凝固理论进行了比较,发现在G/V值略小于成分过冷判据给出的临界值时就已经获得平界面。并验证了平均一次枝晶间距与温度梯度和抽拉速度的变化关系,与理论结果吻合较好。     

感应熔炼冷坩埚内磁场的分布规律

实验测定了冷坩埚内无负载时空间磁场的分布,考察了输入功率、位置对磁感应强度的影响,计算了无坩埚时空心圆柱线圈内空间磁场的分布,比较了在有无坩埚两种情况下磁场分布特点.结果表明,随着输入功率的逐渐增大,磁感应强度逐渐增大;磁感应强度沿径向分布规律为在坩埚中心位置最小,向坩埚内壁边缘逐渐增大,在坩埚内壁处达到最大;磁感应强度沿轴向分布为中心附近最大,向两端逐渐衰减;坩埚的加入并没有改变空心圆柱线圈内磁场的空间分布规律,还是中间大、两端小,但由于屏蔽作用,大小却有所变化,衰减到线圈内无坩埚时的50%左右,磁场分布趋于平缓.以上实验结果为有效的利用冷坩埚进行感应熔炼提供了实验依据.     

Phase field simulation of the interface morphology evolution and its stability during directional solidification of binary alloys

The influences of pulling speed V and temperature gradient G on morphology evolution, concentration distribution, solute trapping and interface stability during directional solidification of binary alloys have been studied with the B-S phase field model. Simulated results reproduced the morphology transitions of deep cell to shallow cell and shallow cell to plane front. The primary cellular spacing, depth of groove and effective solute redistribution coefficient for different V and G are compared. The absolute stability under high pulling speed and high temperature gradient has also been predicted, which is in agreement with the Mullins-Sekerka (M-S) stability theory. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50401013)     

GPU-accelerated phase field simulation of directional solidification

The phase field simulation has been actively studied as a powerful method to investigate the microstructural evolution during the solidification.However,it is a great challenge to perform the phase field simulation in large length and time scale.The developed graphics processing unit(GPU)calculation is used in the phase filed simulation,greatly accelerating the calculation efficiency.The results show that the computation with GPU is about 36 times faster than that with a single Central Processing Unit(CPU)core.It provides the feasibility of the GPU-accelerated phase field simulation on a desktop computer.The GPU-accelerated strategy will bring a new opportunity to the application of phase field simulation.     

Electromagnetic characteristics of cold crucible in an induction coil for melting purpose

Cold crucible induction melting(CCIM)was oncean innovative method for preparing and processing me-tallic or non-metallic materials with either high meltingpoints or with high purity and reactivity[1,2].The meth-od is a complex technology involving many subjects andresearch fields including electricity,magnetism,heat-ing engineering,physical chemistry,and metallur-gy[3].It is of great significance to distinguish the cruci-ble structure and design optimally the field of electro-magnetism inside…     

Competitive growth of different phases in eutectic alloys under directional solidification

Directional solidification technique is widely applied not only to the research on the basic solidification theory, but also to manufacturing high-performance products, such as superalloy turbine blades with single crystal structure in aeronautical engines. In the field of eutectic solidification, eutectic structure can be designed more flexibly and serve at different properties compared to the single-phase structure. Furthermore, eutectic structure of in-situ composite produced by directional…     

ZA合金挤压铸造凝固过程温度场、应力场数值模拟

用有限元方法分析了ZA合金挤压铸造在凝固过程中的温度场以及由此产生的热应力场．对传热系统模型中的对流、辐射边界条件和凝固潜热进行了处理，用ANSYS有限元软件进行数值计算分析，并给出了计算结果。     

不锈钢板坯连铸温度场及凝固末端位置的研究

采用有限元法计算了不锈钢板坯在连铸时凝固过程中温度场及坯壳的生长随时间的变化，讨论了过热度，拉速及二冷配水量对温度场及凝固末端位置的影响。结果表明，影响铸坯温度场和凝固末端位置的主要因素是拉速和二冷配水，而过热度影响较小。     

Cu-Zr合金定向凝固组织的研究

采用定向凝固方法制备了Cu 12 .2 5Zr自生复合材料,并通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射等方法对定向凝固组织进行了研究.结果表明,在温度梯度一定的前提下,生长速度对定向凝固组织的形貌有着重要的影响,随着生长速度的增加,凝固组织由层片状依次转化为棒状、树枝状和集群状组织;在所制备的Cu 12 .2 5Zr自生复合材料中,第2相主要是Cu5Zr,并且Cu5Zr与基体α(Cu)之间存在着一定的取向关系,另外还有少量的Cu8Zr3 相和Cu10 Zr7相;在Cu 12 .2 5Zr合金枝晶端部存在明显的Zr元素富集.     

步进式加热炉板坯温度场数值模拟

钢坯加热是轧制前的重要工序,随着燃料价格的提高及新钢种的应用,建立精确的钢坯温度-时间关系传热模型已成为提高产品质量和节能降耗的首要条件。以某钢厂轧钢加热炉为研究对象,对钢坯加热过程的温度场进行数值模拟。建立了板坯在加热炉内加热数学模型,采用有限容积法对模型进行了离散,通过编程求解得出：在各加热段钢坯角部温度最高,加热段升温速度最快,钢坯断面温差最大,均热段断面温差最小,钢坯出炉断面温差稍高,建议延长均热时间     

Modeling of Microstructure Evolution during Directional Solidification Process

A model was presented to describe the microstructure evolution during the directional solidification process. In this model, the problem of different properties in the solid and liquid phase was solved by making the properties continuous at‘the solidlliquid inteorace. Furthermore, a random noise was incorporated to reflect the anisotropic growth. Moreover, the averaging solute conservation was developed to keep the total solute conservation in the inteorace region. A simple ingot was simulated by this method, the model can represent the micro-structure evolution, solute concentration redistribution, micro-segregation and the columnar-to-equiaxed transition.