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(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng),并根據(jù)模擬結(jié)果分析了不同工藝參數(shù)對(duì)固液界面位置形狀以及晶粒演化趨勢(shì)的影響.宏觀溫度場(chǎng)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(diǎn)交替方向隱式差分法求解溫度場(chǎng);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(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果更吻合.假設(shè)晶粒的生長(zhǎng)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(zhǎng)模擬技術(shù).通過判斷點(diǎn)(單元)與四邊形(晶粒)的位置關(guān)系,建立了簡(jiǎn)單的晶粒生長(zhǎng)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(diǎn))生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)采用KGT(Kurz,Giovanola,Trivedi)模型計(jì)算

3、.根據(jù)熱型連鑄的特點(diǎn),提出動(dòng)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(dòng)態(tài)地確定微觀模擬的區(qū)域,大大地提高了計(jì)算效率.模擬結(jié)果表明:利用連續(xù)準(zhǔn)瞬時(shí)形核模型和CA模型對(duì)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(shí)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(huì)對(duì)晶粒演化的總體趨勢(shì)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(huì)增加或縮短鑄件從多晶演化到單晶的時(shí)間;鑄型出