Al-Si合金凝固組織的數(shù)值模擬.pdf

1、凝固組織對(duì)鑄件的性能有重要影響，對(duì)凝固組織的控制研究，過去一般采用物理實(shí)驗(yàn)的方法，浪費(fèi)了大量的人力和物力，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，使得該方法在實(shí)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)凝固組織進(jìn)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(dòng)機(jī)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(jì)算宏觀溫度場(chǎng)，元胞自動(dòng)機(jī)法（CA）計(jì)算微觀凝固組織形成，與宏觀傳熱進(jìn)行耦合。在微觀計(jì)算中，形核計(jì)算采用了基于高斯分布的連續(xù)形核模型，生長(zhǎng)計(jì)算采用了擴(kuò)展的KGT模型，使其適用范圍由二元合金擴(kuò)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(jìn)行了熱態(tài)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，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(duì)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(zhǎng)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(xì)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(qiáng)度對(duì)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(qiáng)的鑄模都將使凝固組織中柱狀晶比例增大