基于CAFE的铝双辊连续铸轧凝固微观组织

基于元胞自动机CA的形核和长大模型与宏观传热模型相耦合对双辊连续铸轧纯铝薄带凝固微观组织进行了模拟,模拟计算中采用连续性异质形核模型和修正的枝晶尖端生长动力学模型(KGT)。另外,模拟研究了铸轧工艺参数和金属凝固参数对双辊连续铸轧纯铝薄带凝固微观组织的影响规律。模拟结果可很好地解释和预测啮合点前柱状晶和等轴晶之间的转化和晶粒尺寸大小,柱状晶主要分布在靠近铸轧辊面附近,等轴晶则是远离铸轧辊面而靠近薄带的中心区域。     

快速凝固Al-Ni-Cu-Nd金属玻璃的晶化行为及Al基纳米晶／非晶复合材料的结构特征研究

采用熔体旋甩法制备了快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3金属玻璃薄带,并以连续加热和等温加热两种模式对非晶态薄带进行退火处理。采用差示扫描量热分析、X 射线衍射分析和高分辨率电镜分析等手段研究了非晶态薄带的晶化过程,对非晶态和退火态薄带的微观结构进行了细致检测,研究重点放在形成α Al纳米晶体颗粒的初始晶化行为,以便了解Al基纳米晶/非晶复合材料的结构特征。结果表明,快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3合金薄带为单一的非晶态结构。非晶态薄带的晶化过程包括两个主要转变:α Al晶体从非晶基体中析出的初始晶化以及有Al3Ni,Al11Nd3和Al8Cu3Nd形成的第二次晶化过程。初始晶化的速率控制过程可能是铝自扩散,而第二次晶化过程则受控于溶质原子Ni,Nd和Cu的扩散。90～160℃等温退火薄带由α Al晶体相加残余非晶相的两相组织构成,随着等温温度的提高,初始晶化过程速率增大,而随着退火时间的延长,α Al晶体相的相对含量增大。110℃等温热暴露130min退火薄带的显微组织可以描述为,在非晶基体上均匀弥散分布着体积分数约20%的α Al晶体纳米(10nm)颗粒。     

对流作用下Al-4.7％Cu合金枝晶生长的形貌特征和成分分布的数值模拟

建立了用于模拟Al-4.7％ Cu(质量分数)单相固溶体合金凝固过程温度场、流场、溶质场以及微观组织模拟的元胞自动机-格子玻尔兹曼方法(CA-LBM)数值模型,分析对流作用下枝晶生长的形貌与成分变化.模型处理溶质场计算中固液(S/L)界面处溶质的分配过程,使浓度场的变化和实际的传输过程更加相符.计算结果表明,与不计入流动过程的纯扩散型合金凝固过程相比较,对流对合金枝晶形貌的影响显著,呈现非对称生长形貌.在强制对流条件下,枝晶晶粒大小呈均匀化趋势,枝晶间的局部区域的成分更加均匀,在整体凝固区域内的成分呈现出上游到下游的一定的梯度化趋势.     

过冷状态下二维枝晶生长的相场方法模拟

通过相场理论建立了纯物质镍在过冷溶液中枝晶生长的相场模型。把相场方程和温度场方程进行耦合,建立了相对应的相场模型。该模型以熵增加函数为基础,通过熵增加函数推导出热力学一致性的相场控制方程。利用上述的模型和方法在计算机上编制二维组织凝固模拟程序得出结论,各向异性强度影响枝晶尖端生长速度,过冷度决定凝固速度的快慢。     

直流电场对Al-4．5％Cu合金定向凝固组织的影响

对在不同电流密度的直流电场作用下Al-4.5%Cu合金定向凝固组织的变化进行了研究.结果表明,电流有促进Al-4.5%Cu合金定向凝固柱状枝晶生长的倾向.随着电流密度的增大,定向凝固的枝晶组织中二次枝晶明显细化,θ(CuAl2)相含量进一步增加.结合电流对凝固过程中固-液界面温度梯度和溶质再分配的影响,对实验结果进行了分析.     

快速凝固Al-Ce二元合金的显微组织和时效硬化行为

用单辊制备了成分为Al-（2－4）％Ce（质量分数）的合金快速凝固薄带。应用X射线衍射、透射电镜等研究了合金的相结构和显微组织，用显微硬度计测量了合金的显微硬度。结果表明，在相同冷却速度条件下，凝固组织主要受合金成分影响，而时效硬化行为主要受第二相长大温度的影响。     

快速凝固Al—Ge二元合金的显微组织和时效硬化行为

用单辊制备了成分为Ａｌ－（２￣４）％Ｃｅ（质量分数）的合金快速凝固薄带。应用Ｘ射线衍射、透射电镜等研究了合金的相结构和显微组织，用显微硬度计测量了合金的显微硬度。结果表明，在相同冷却速度条件下，凝固组织主要受合金成分影响，而时效硬化行为订受第二相长大温度的影响。     

浇注温度对K4169高温合金晶粒组织影响的计算机模拟

利用Fortran语言编程,采用有限差分法分别解用热焓法处理结晶潜热的圆柱坐标系一维不稳定热传导方程,模拟了K4169高温合金圆柱锭某一横截面凝固过程中温度的变化,它正确地反映了在不同铸造工艺条件下合金铸件横截面上温度的变化规律。通过固相分数,将合金铸件凝固温度场模拟及其连续形核模型、枝晶尖端生长的动力学模型相耦合,计算了不同浇注温度下K4169高温合金圆柱锭凝固过程中晶粒组织的特征值,包括晶粒密度和平均晶粒尺寸,并参考二维CellularAutomaton方法,实现了在计算机屏幕上晶粒形成的动态显示,模拟结果和实验结果吻合较好。     

低镍奥氏体不锈钢定向凝固组织CAFE法模拟

通过对ProCAST&CAFE软件进行二次开发建立凝固过程动态边界条件,模拟低镍奥氏体不锈钢定向凝固过程中的温度场和固相分数,并探讨抽拉速率对凝固微观组织的影响。结果表明,随着抽拉速率的增大,等温线变密,糊状区变窄;铸件一次枝晶臂逐渐细化,边缘侧向散热逐渐远小于中心纵向散热造成一次枝晶轴向偏差度逐渐减小,晶粒择优取向效果提高。与此同时,模拟结果与实验结果吻合较好,模拟计算形核、生长及取向过程较为合理。     

Cu-1.0% Cr亚共晶合金定向凝固组织演化

在定向凝固下计算和比较了Cu-1.0%Cr亚共晶合金组织中各相的界面生长温度,结果表明当定向凝同速率大于5αm/s时,α-Cu相的界面生长温度高于共晶组织,α-Cu相会作为初生相首先析出凝固,从而难以制备出全耦合生长的共晶组织的复合材料,计算获得的结果与实验结果相一致.另外随定向凝固速率的增加,初牛胞状α-Cu相一次枝晶间距和尖端半径以及共晶组织的体积分数都相应地减少,其中α-Cu相一次枝晶间距实验结果与KF一次枝晶间距模型计算结果较为接近.