熱型連鑄設(shè)備研制及單晶演化過程的數(shù)值模擬.pdf

1、根據(jù)熱型連鑄條件下微觀組織的演化過程,采用宏微觀耦合的方法,建立了宏觀與微觀統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型,模擬了熱型連鑄過程中晶粒的競爭生長,并根據(jù)模擬結(jié)果分析了不同工藝參數(shù)對固液界面位置形狀以及晶粒演化趨勢的影響.宏觀溫度場模擬方面,采用溫度補(bǔ)償法處理結(jié)晶潛熱,用內(nèi)節(jié)點交替方向隱式差分法求解溫度場;微觀組織模擬方面,應(yīng)用高斯形核模型和Monte Carlo(MC)法相接合的手段處理形核問題,考慮了晶粒形核的擇優(yōu)取向因素,以及形核位置的隨機(jī)性,從而使

2、得模擬組織圖像與實驗觀察結(jié)果更吻合.假設(shè)晶粒的生長形狀呈四邊形,并具有一定的擇優(yōu)取向,基于這樣的假設(shè),提出了修正的Cellular Automaton(CA)晶粒生長模擬技術(shù).通過判斷點(單元)與四邊形(晶粒)的位置關(guān)系,建立了簡單的晶粒生長局部演變規(guī)則,克服了Rappaz提出的Cellular Automaton技術(shù)必須矯正晶向的不足.枝晶尖端(四邊形的頂點)生長動力學(xué)采用KGT(Kurz,Giovanola,Trivedi)模型計算

3、.根據(jù)熱型連鑄的特點,提出動態(tài)宏微觀的耦合算法,該算法根據(jù)凝固界面的推進(jìn)動態(tài)地確定微觀模擬的區(qū)域,大大地提高了計算效率.模擬結(jié)果表明:利用連續(xù)準(zhǔn)瞬時形核模型和CA模型對單晶演化過程進(jìn)行數(shù)值模擬是成功的,模擬結(jié)果與實際熱型連鑄所得結(jié)果吻合很好;工藝參數(shù)的改變雖然可以加強(qiáng)或減弱晶粒演化的速度,但它們的變化并不會對晶粒演化的總體趨勢造成影響,即在熱型連鑄條件下,晶粒的演化必然要發(fā)生,改變工藝參數(shù)只會增加或縮短鑄件從多晶演化到單晶的時間;鑄型出