钛合金离心精密铸造充型过程计算机模拟

建立了离心力场下铸造充型流动的数学模型 ,在自行研制的三维铸件充型 /凝固模拟软件 (CASM 3DforWin dows)基础上 ,研制开发了相应的离心力场铸造充型的计算机模拟软件。对钛合金薄壁铸件在重力场下及不同离心精密铸造工艺条件下的充型过程进行了实例模拟计算。计算结果表明 :在离心力场下金属液的薄壁充型能力比重力浇注强得多 ,而“拐头反充”

一种合金枝晶凝固微观溶质再分布统一模型

简要概述了合金枝晶凝固微观偏析解析模型化研究进展.基于对具有任意枝晶形貌及任意固相反扩散(SBD)效应的合金凝固过程中微观/宏观溶质传输行为模型化,提出了微观溶质再分布新模型,并进行了不同凝固速率、不同枝晶形貌及SBD效应的Al-4 5%Cu合金与Fe-0 5%C基碳素钢枝晶凝固的模型对比计算.研究表明,所建模型具有包含多种影响因素与统一性的特点,以及模型计算的可行性与有效性.

Ti-6Al-4V熔模精密铸造充型及凝固过程计算机模拟

应用自行开发的基于微机上运行的铸件凝固 /充型计算机模拟软件 ,对Ti-6Al-4V钛合金薄壁件精密铸造的充型及凝固传热过程进行了模拟分析 .应用自行安装的多通道钨铼热电耦温度数据计算机采集、分析系统 ,测定了该钛合金起吊接头精密铸件的凝固冷却曲线 ,获取了该合金有关的凝固参数 .对包括上述零件在内的钛合金薄壁件精密铸造的充型过程及凝固传热的温度分布进行了数值模拟 ,模拟计算与实测结果合理吻合 .基于该研究可对其精密铸造工艺进行优化设计 .

利用重熔控制技术细化铸件晶粒组织

应用重熔／液淬技术研究了铸态Ａｌ－２１％Ｃｕ和Ａｌ－２８％Ｃｕ合金的梯度熔化，以及铸态Ａｌ４．５％Ｃｕ合金的整体熔化行为。研究结果表明：α－Ａｌ枝晶熔化后的液相在一定的温度下存在着大量的枝晶熔化“残片”，这些溶质含量低的枝晶“残片”可以作为合金随后凝固过程的有效结晶晶核。由此进行了高温过热及低温重熔Ａｌ－４．５％Ｃｕ合金在砂型和铝金属型中的凝固对比实验，后者的宏观晶粒组织得到了明显的细化，证明了合金的熔化控制技术可作为细化铸件宏观组织的有效途径。

铸造Ti-15-3合金的凝固行为及组织分析

应用所设计的阶梯铸件的铸型 ,以及钨铼热电偶和由ADAM系列A/D数据采集及转换模块构成的计算机多通道温度数据采集处理系统 ,对Ti- 15 - 3合金凝固冷却温度变化进行了实验测试与数据处理 .测试了合金的浇注温度 ,液相线温度和固相线温度 ,得出合金的凝固温度区间为 71℃ .对合金阶梯铸件的补缩冒口进行宏观形貌观察表明 :Ti- 15 - 3高强钛合金的凝固呈集中补缩的特征 ,且孔洞内表面光滑 .凝固组织观察表明 :由于受金属铸型内壁激冷作用和铸件尺寸较小的影响 ,合金在接近铸型内壁或铸件尺寸较小部位处的铸态晶粒组织较细小 。

离心力场下铸造充型行为数值模拟

建立了离心力场下铸造充型流动的数学模型,采用VC++语言自行编制了离心力场铸造充型及凝固传热的计算机模拟软件。通过模拟旋转圆柱容器中的液体从重力静止水平自由表面状态过渡到离心抛物面自由表面的动态变化过程,并与理论解析曲线对比,以及钛合金薄壁件离心浇注充型状态与试验结果的对比,检验了所建立的理论模型及计算程序的正确性。通过对钛合金薄壁铸件在重力场与离心力场浇注工艺条件下合金熔体充型行为数值模拟结果的对比表明,在一定转速条件下,金属液的离心浇注比重力浇注具有强得多的薄壁充型能力。

变速定向生长条件下Pb－Sn共晶组织变化

利用改进后的定向凝固装置，研究了在阶跃增速和线性增、减速的变速生长条件下，Ｐｂ－Ｓｎ共晶合金定向凝固共晶组织的变化。实验结果表明：当共晶试样缓慢线性增速或减速时，定向生长共晶片间距的调节分别通过两相共晶片的逐步分叉或合并缓慢进行；当共晶试样增速和减速的加速度值相同时，实际共晶生长速度的变化过程呈对称的逆曲线。

钢锭凝固与偏析形成的多元合金连续介质模型

建立了多元合金凝固传输现象与偏析形成的连续介质模型,在微机上应用提出的数值求解方法及编制的模拟计算软件,对一大型定向碳素钢锭凝固过程中的传热、传质与液相流动过程及宏观偏析的形成进行了高效率的数值模拟。计算结果证明了利用定向钢锭的凝固工艺,可使凝固钢锭的大部分区域（大于铸锭高度的90％）中的杂质元素质量分数及偏析减小,从而达到提高钢锭质量的目的。

合金凝固传热、传质和液相流动的数值模拟及宏观偏析的预测

将合金铸锭凝固过程中的液相区、凝固区和固相区均视为一种连续介质,建立了适用于描述金属合金凝固传输现象的统一数学模型。对Al-4.5％Cu铸锭凝固过程中的温度场、流场和宏观成分分布进行了数值模拟,并进行了实验验证。

铸件/铸锭凝固传输现象及宏观偏析计算机模拟研究的进展

宏观偏析的形成与铸锭／铸件凝固成形过程中的热量、质量和流动动量传输行为密切相关。迅速发展并广泛应用的高性能、低价格计算机硬件技术使在不久的将来向商用铸造工艺ＣＡＤ系统中引入基于精确模拟凝固传输现象的预测宏观偏析的计算机软件成为可能，因而建立准确有效的数学模型及数值方法的基础性研究和实用化研究具有迫切性和挑战性。本文概述了国内外在此领域内的研究进展，分析了实现凝固传输模型实用化需进一步解决的问题及今后的发展趋势。

任意固相反扩散条件下枝晶凝固溶质传输微观/宏观模型化

通过对合金枝晶凝固中有任意固相反扩散条件下微观溶质再分布的模型化，扩展了作者提出的合金凝固传输及宏观偏析连续介质模型本文微观／宏观统一模型提出的归一化固相反扩散集合参数除了包括合金的团相扩散系数外，还包含了生长枝晶尺度及几何形态参数、凝固速率和溶质分配系数等影响因素模型的数值计算结果表明。

铸件凝固三传计算机模拟的统一模型

应用作者建立的合金凝固三传统一数学模型和数值计算方法,在IBM PC个人计算机上,进行了AL一Cu合金铸锭在水平定向凝固过程中的温度、凝固进程、成分、压力和液相流场变化的数值模拟;进行了大高/长比Al—2%Cu铸锭的水平定向凝固实验。理论计算结果与实验测得的铸锭凝固温度场变化及宏观成分分布均吻合得很好。数值模拟及实验结果都显示出大高/长比水平定向凝固铸锭在水平方向和垂直方向上均存在宏观成分偏析。

变速生长条件下Al－Cu合金的定向凝固枝晶组织

应用改进的定向凝固装置研究了Ａｌ－２ｗｔ－％Ｃｕ和Ａｌ－４ｗｔ－％Ｃｕ合金在阶跃和不同加速度线性变速生长条件下，定向凝固组织的动态转变。实验结果表明：尽管定向生长的胞－枝晶动态转变过程随加速度的降低而减缓，但胞晶组织都是在经历了一定的胞晶形貌扰动之后才发生快速失稳、分枝细化并向树枝晶组织过渡，加速度不同，由失稳胞晶演变成的树枝晶可具有多种分枝形式。

定向共晶组织的熔化行为

应用定向凝固/重熔技术研究了Al-Cu,Al-Ni和Al-Si合金定向生长共晶组织的熔化行为实验结果表明:共晶组织的熔化过程与其凝固生长过程之间不存在完全的互逆性无论是规则片状或棒状共晶组织,或是不规则片状共晶组织,其熔化过程都是共晶组织的两相首先在熔化界面上同时分解,形成各自的分散相。

定量描述含气相溶质合金凝固传输及缩松形成的混合介质模型

分析了合金凝固产生缩松的机理,表明铸件凝同枝晶间形成显微孔洞是由凝固收缩和不断增加的气体析出压力共同作用产生的。建立了描述含单种气体二元合金凝固传输现象及宏观偏析和缩松形成的混合介质数学模型。分析表明该模型具有统一性和更广的适用范围,并对模型的数值求解方法进行了探讨。

类叶片铸件定向凝固三传计算机模拟及偏析和组织的控制

应用作者建立的合金凝固传输及宏观偏析预测的数学模型和数值模拟方法编制了 BSTVCCAL 软件系统,对具有双变截面的类叶片铸件定向凝固过程温度场、浓度场、液相流动压力场和速度场及枝晶参数变化进行了计算机模拟。研究了不同变工艺参数(包括不同变抽拉速度 V(t)和炉体变加热温度 TH(t))控制下的叶片铸件定向凝固行为及宏观成分和枝晶参数变化。研究结果肯定了应用合金凝固三传模型,以控制叶片定向凝固行为、减小枝晶参数变化和宏观成分偏析为目标,对高温合金叶片的定向凝固工艺进行计算机辅助优化设计的可能性。

Al－4％CU铸锭凝固中自由等轴晶的迁移行为及对宏观偏析的影响

研究了Ａｌ—４％ＣＵ合金铸锭在砂型中的缓冷凝固行为，测定了凝固铸锭中的晶粒度和宏观成分分布。研究结果表明，由于Ａｌ—Ｃｕ合金的非平衡凝固行为和固相密度与晶间液相密度差的逆转特性，以及液相成分的重力偏析，引起铸锭中上部等轴晶密度增加并产生明显的逆偏析。

TiAl金属间化合物的定向凝固和晶向控制

在航空航天及能源领域有重要应用价值的TiAl基合金,由于其γ+α2片层结构的特点,采用定向凝固技术控制片层方向可以更好地发挥其潜能。从相与组织选择及晶体择优生长特性角度,讨论了具有包晶反应的高温γ TiAl合金的定向凝固与晶向控制,分析了晶向控制中引晶、合金化、调节成分与凝固参量及它们的综合作用所得到的结果与存在的问题,并提出了此领域今后应注意的方面。

喷射沉积Al-Si-Fe-Cu-Mg合金的微观组织和力学行为

对喷射沉积技术制备的Al－Si－Fe－Cu－Mg合金沉积态、挤压态及挤压后热处理态的微观组织进行厂观察和分析，并对合金在后两种状态下的室温和高温拉伸性能进行了测试。

钛铝合金电磁冷坩埚定向凝固技术的研究

介绍了针对高活性Ti及TiAl合金电磁冷坩埚定向凝固技术的研究结果。通过系统地对近矩形冷坩埚电磁场、温度场及其耦合作用的实验及分析,初步建立了温度、电磁压力与半悬浮熔体间以及它们与电磁冷坩埚系统主要参数之间的规律性关系。在此基础上制备出冶金质量较好具有定向凝固组织的Ti合金及TiAl金属间化合物的近矩形截面样件。