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。     

立式离心铸造过程中熔体横截面的变化规律

对Ti合金立式离心铸件的充填和凝固过程进行研究。结果发现,在离心场下,柯氏力对熔体运动方向的改变影响非常大,熔体沿着与旋转方向相对的型壁进行正向加速充填,当达到最远端后反向充填。在正向充填过程中,对没有内浇道的铸型,熔体在横浇道内的截面面积随充填长度的增加而逐渐减小,当横浇道侧壁存在内浇道时,熔体通过内浇道进入型腔,导致熔体在内浇道入口处产生速度降,熔体横截面面积在该处有所回升,然后随充填长度的增加而减少。同时,旋转方向对有内浇道铸型的充填顺序影响非常大。     

Cr含量对Cu-In-Cr三元合金组织的影响

采用金属型制备了不同Cr含量的Cu-In-Cr三元合金试样,对试样进行了显微组织观察、电子探针分析和X射线衍射分析.在本试验条件下,Cr的含量对胞状晶粒组织无显著影响;对于枝晶组织,当Cr含量增加,合金的晶粒变小,枝晶的取向性变得不明显;合金的相组成为Cu固溶体相即基体相、Cu9In4相和Cr固溶体相.Cr固溶体相在基体中呈弥散分布状态,当铬的含量增加到一定程度时,铬以游离状态出现,其形态为条形和点状.     

Cu-23%In合金凝固组织随冷却速度变化规律

采用不同的冷却速度,制备了Cu-23%In合金试样.在对试样进行显微组织分析、宏观组织分析、电子探针分析和SEM扫描电子显微分析的基础上,研究了合金的显微组织、宏观组织和晶粒形态等特点,及其与冷却速度的关系,结果表明,Cu-23%In合金在金属型冷却条件下以枝晶方式凝固,最终组织为α枝晶相和枝晶间δ相.冷却速度对Cu-23%In合金的组织有明显的影响.     

Effect of process variables on grain growth in simulating solidification microstructure of Ti-45%Al alloy ingot by stochastic model

A comprehensive stochastic model for simulating microstructure formation of Ti-45% Al（mole fraction） alloy ingot during solidification process was developed, based on a finite differential method（FDM） for macroscopic heat flow calculation and a cellular automaton（CA） technique for microscopic modeling of nucleation and growth. The formation of a shrinkage cavity at the top of ingot was taken into account. The effects of process variables such as pouring temperature and mold-preheated temperature on the microstructure formation were investigated. The calculated results indicate that the columnar zone is expanded with increasing pouring temperature in the nonlinear way and the volume fraction of equiaxed zone only slightly varies with the mold-preheated temperature.     

TiAl基合金排气阀立式离心铸造充型及凝固过程数值模拟

以N-S方程、连续性方程及Fourier导热方程为基础，结合离心力、重力及Coriolis力，在实验的基础上建立了立式离心铸造充型过程及凝固过程数学模型．并且依据此模型对TiAl基合金排气阀立式离心铸造过程温度场、流场及压力场进行了数值模拟．数值模拟结果表明，离心铸造的充型过程存在正向和反向两个充填过程，在入口处易出现卷气缺陷．凝固过程也存在正向和反向两个凝固顺序，在靠近先充填一侧易于形成偏轴线缩松缺陷．     

定向凝固包晶合金带状组织的形成机制及相选择Ⅰ.带状组织的形成机制

对定向凝固包晶合金在不同生长条件下,初生相和包晶相分别作为单相和充分形核相以低速平界面生长时,从初始到稳态的整个过渡区间,两相在界面及界面前沿液相中的溶质分布进行了分析,利用充分形核假设和成分过冷准则以及相稳定生长的最高界面温度判据,分析了初始过渡区内可能发生的第二相形核转变,确定了形成带状组织的成分条件,考虑到相生长的历史相关性,将带状组织区分为周期性带状组织区和单一带状组织区,更能够对实验现象进行合理的解释,对Ti-Al合金的计算结果与理论分析一致。     

定向凝固包晶相变微观组织演化的相场方法研究Ⅰ.三相交节点的延伸

通过对当前包晶相变相场模型特征参数的优化,建立了适合对具体合金包晶相变微观组织演化进行模拟的相场模型．利用该模型对高Olvp定向凝固Ti—Al合金的单个包晶相核心依附初生相表面的生长行为进行了模拟．结果表明,三相交节点延伸特性的差异将导致形成离散带状和岛屿带状两种典型组织．并且,计算域宽度,包晶相形核过冷度和初始成分直接影响到定向凝固包晶合金三相交节点的延伸,也就影响到其最终的微观组织．     

定向凝固包晶相变微观组织演化的相场方法研究Ⅱ.形核控制的微观组织模拟

采用包晶相变相场模型分别模拟了高G／vp定向凝固Ti—Al合金在小直径试样的连续形核和大直径试样的多重形核情况下,包晶两相微观组织演化．模拟结果表明,对于小直径试样,减小试样尺寸或减小包晶相形核过冷度倾向于形成岛屿带状组织;而对于大直径试样,包晶相所占体积分数以及形核率的不同将导致形成离散带状、岛屿带状和耦合生长组织．     

离心铸造充型及凝固过程数值模拟

采用数值模拟技术优化进而控制生产,使离心铸造科学化生产是离心铸造技术提高的关键.本文借助流体流动方程及传热方程建立并开发了离心铸造数值模拟模型及软件,为科学指导离心铸造生产提供了科学保障和有效手段.