Al-Si合金凝固組織的數(shù)值模擬.pdf

1、凝固組織對鑄件的性能有重要影響，對凝固組織的控制研究，過去一般采用物理實驗的方法，浪費了大量的人力和物力，實驗周期長，使得該方法在實際應(yīng)用中的范圍受到了一定限制。隨著金屬凝固理論的日益完善以及計算機技術(shù)在材料科學(xué)、冶金學(xué)上應(yīng)用的迅猛發(fā)展，使得計算機技術(shù)對凝固組織進行準(zhǔn)確的模擬成為可能。 本文建立了有限元（Finite Element）和元胞自動機法（Cellular Automaton）相結(jié)合的宏微觀耦合的CA-FE模型，采用有

2、限元法（FE）計算宏觀溫度場，元胞自動機法（CA）計算微觀凝固組織形成，與宏觀傳熱進行耦合。在微觀計算中，形核計算采用了基于高斯分布的連續(xù)形核模型，生長計算采用了擴展的KGT模型，使其適用范圍由二元合金擴展至多元合金。應(yīng)用CA-FE模型模擬了Al-Si合金的三維凝固組織，并進行了熱態(tài)驗證實驗，應(yīng)用修正的數(shù)學(xué)模型模擬并分析了原始成分、形核參數(shù)、澆注條件和鑄模對凝固組織的影響。 研究結(jié)果表明： （1）模擬結(jié)果能夠較為準(zhǔn)確地反

3、映出等軸晶和柱狀晶的分布位置、比例和大小，并能較好描述凝固過程中晶粒生長情況，說明CA-FE模型是模擬凝固組織的有效模型； （2）降低原始成分Si含量以及提高過冷度是有利于柱狀晶的發(fā)展，而增大形核密度是有利于等軸晶的發(fā)展，且能細化晶粒； （3）提高澆注溫度，凝固組織中柱狀晶增多，且晶粒明顯變得粗大，而鑄模外界冷卻強度對鑄件凝固組織的影響不大； （4）增大鑄模厚度和使用冷卻能力強的鑄模都將使凝固組織中柱狀晶比例增大