TiAl合金錠凝固組織形成的數(shù)值模擬.pdf

1、本文采用宏微觀相結(jié)合的元胞自動(dòng)機(jī)方法，對(duì)Ti-(45～48)at％Al合金錠凝固過程中凝固組織形成進(jìn)行了模擬。本文提出了一種新的隨機(jī)性模擬方法：在處理元胞固相分?jǐn)?shù)改變時(shí)考慮包晶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的影響。首次在組織模擬過程中考慮縮孔的形成。模擬縮孔形成時(shí)對(duì)模擬方法進(jìn)行了改進(jìn)，使模擬基于微觀元胞，從而解除了對(duì)宏觀網(wǎng)格尺寸的限制并且真正做到縮孔模擬與組織形成相耦合。本文設(shè)計(jì)了移動(dòng)內(nèi)存分配技術(shù)(MA)，用以解決大尺寸錠模擬過程中計(jì)算量大、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)的問

2、題，且程序編制簡(jiǎn)單，最多可節(jié)約計(jì)算時(shí)間66.7%。同時(shí)本文還提出了適合鑄錠凝固過程的柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變(CET)判據(jù)。
　　基于所提出的模型和計(jì)算方法，針對(duì)小/大尺寸鑄錠，在無/有自然對(duì)流的情況下，本文系統(tǒng)的研究了凝固過程中各種工藝參數(shù)，如合金成分、鑄型材質(zhì)、預(yù)熱溫度、過熱、鑄錠尺寸以及金屬/鑄型界面換熱系數(shù)，對(duì)等軸晶區(qū)所占比例和平均晶粒尺寸的影響。模擬結(jié)果顯示：增加合金成分，有利于等軸晶區(qū)的形成以及組織的細(xì)化。模擬TiAl多元合

3、金(Ti-(45～48)at%Al-2Cr-2Nb)的凝固，與Ti-(45～48)at%Al二元合金相比，第三、第四組元的加入，會(huì)更容易促進(jìn)細(xì)小等軸晶區(qū)的形成。減小金屬型的導(dǎo)熱系數(shù)，在選擇不同金屬/鑄型界面換熱系數(shù)時(shí)，對(duì)于不同尺寸的鑄錠，等軸晶區(qū)比例增加的程度不同。而采用非金屬型鑄造時(shí)，如砂型，基本可以得到完全粗大等軸晶組織。隨著預(yù)熱溫度的增加，等軸晶區(qū)尺寸增大，組織粗化。減小熔體過熱，會(huì)促進(jìn)等軸晶區(qū)的形成，但在某一范圍內(nèi)改變過熱對(duì)等軸

4、晶區(qū)的形成沒有影響。增加鑄錠尺寸，有利于等軸晶區(qū)的形成，并且晶粒尺寸也隨之增加。減小金屬/鑄型界面換熱系數(shù)，會(huì)明顯的擴(kuò)大等軸晶區(qū)，但不會(huì)減小晶粒尺寸。在凝固過程中考慮自然對(duì)流時(shí)，流動(dòng)有利于細(xì)小等軸晶區(qū)的形成。
　　與傳統(tǒng)固相分?jǐn)?shù)計(jì)算方法相比，當(dāng)計(jì)算中考慮包晶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)時(shí)，一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)固相分?jǐn)?shù)變化率會(huì)降低，這會(huì)導(dǎo)致冷卻速率增大。無論采用哪一種方法進(jìn)行模擬，冷卻曲線上均不會(huì)出現(xiàn)包晶反應(yīng)平臺(tái)。
　　通過分析包晶相分?jǐn)?shù)和冷卻速率、