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)合的元胞自動機方法，對Ti-(45～48)at％Al合金錠凝固過程中凝固組織形成進行了模擬。本文提出了一種新的隨機性模擬方法：在處理元胞固相分數(shù)改變時考慮包晶反應動力學的影響。首次在組織模擬過程中考慮縮孔的形成。模擬縮孔形成時對模擬方法進行了改進，使模擬基于微觀元胞，從而解除了對宏觀網(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。本文設計了移動內(nèi)存分配技術(shù)(MA)，用以解決大尺寸錠模擬過程中計算量大、計算時間長的問

2、題，且程序編制簡單，最多可節(jié)約計算時間66.7%。同時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算方法，針對小/大尺寸鑄錠，在無/有自然對流的情況下，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)、預熱溫度、過熱、鑄錠尺寸以及金屬/鑄型界面換熱系數(shù)，對等軸晶區(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，會更容易促進細小等軸晶區(qū)的形成。減小金屬型的導熱系數(shù)，在選擇不同金屬/鑄型界面換熱系數(shù)時，對于不同尺寸的鑄錠，等軸晶區(qū)比例增加的程度不同。而采用非金屬型鑄造時，如砂型，基本可以得到完全粗大等軸晶組織。隨著預熱溫度的增加，等軸晶區(qū)尺寸增大，組織粗化。減小熔體過熱，會促進等軸晶區(qū)的形成，但在某一范圍內(nèi)改變過熱對等軸

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)，會明顯的擴大等軸晶區(qū)，但不會減小晶粒尺寸。在凝固過程中考慮自然對流時，流動有利于細小等軸晶區(qū)的形成。
　　與傳統(tǒng)固相分數(shù)計算方法相比，當計算中考慮包晶反應動力學時，一個時間步長內(nèi)固相分數(shù)變化率會降低，這會導致冷卻速率增大。無論采用哪一種方法進行模擬，冷卻曲線上均不會出現(xiàn)包晶反應平臺。
　　通過分析包晶相分數(shù)和冷卻速率、