Ag-Cu合金凝固微观组织模拟数学模型

针对Ag-Cu合金在凝固微观组织模拟研究中的不足,研究基于CA(Cellular Automaton)法与宏观传输现象中的温度场、浓度场和流动场耦合,建立了Ag-Cu合金凝固微观组织模拟的宏/微观数学模型。介绍了CA法宏观网格的划分和微观单元温度的确定,以及形核长大过程的计算流程和采用等价比热法处理凝固潜热的方法。

AZ91D压铸镁合金的三维微观组织模拟

针对工程上应用广泛的AZ91D压铸镁合金,建立了其凝固过程中微观组织演化的数学物理模型．采用改进的三维微观元胞自动机(CA)模型,耦合三维溶质场计算,结合压铸镁合金进行了微观组织模拟．模拟结果再现了在多晶粒同时生长的情况下,初生晶间的溶质扩散、溶质富集直至共晶转变的全部演化过程．应用此模型模拟了实际AZ91D压铸件不同部位的微观组织,模拟结果与金相观察结果符合较好．

压铸镁合金微观组织模拟

采用CellularAutomaton微观模型 ,对压铸镁合金的三维微观组织演变进行了模拟。在模拟过程中 ,采用连续形核模型处理液态金属的异质形核现象 ,通过正态分布函数描述形核质点密度随温度的分布关系 ,在给定过冷度时对分布函数积分可得到该时刻的形核密度 ,晶粒生长模型则考虑了枝晶尖端生长动力学和择优生长方向 <10 10 >,也考虑了温度场的影响 ,并完成了宏观温度场和微观计算的耦合。最后通过压铸镁合金标准拉伸试棒金相试验 ,对模拟结果进行了验证 。

凝固过程微观组织模拟研究进展

综述了凝固过程微观组织模拟的研究现状,重点介绍了微观组织演变过程中晶粒形核、长大、相关的理论模型和常用的数值模拟方法,并对微观组织模拟的未来发展进行了评价和展望。

球墨铸铁微观组织模拟的研究与开发

根据球墨铸铁微观组织形成的凝固动力学模型 ,使用面向对象的编程技术开发了球铁微观组织模拟模块 ,同时使用了二维指针数组描述三维铸件单元 ,显著地提高了模块的计算规模。通过实际球铁件模拟结果与定量实验分析结果的比较得出 :石墨球数量和大小的模拟结果与定量分析结果吻合较好 ,而珠光体数量的模拟准确性尚有待作进一步的改进。

基于CA方法的Ti-45Al合金定向凝固过程微观组织模拟

采用CA方法建立了Ti-45Al(at.%)合金定向凝固过程中的组织演变数值计算模型,考虑了二元合金包晶反应过程,对液态金属冷却定向凝固过程中Ti-45Al合金的组织演变进行了模拟。模拟结果表明,定向凝固组织分为初生等轴晶组织、稳定生长的柱状晶以及中间过渡区域3部分,柱状晶一次臂间距随抽拉速度增大而减小。Ti-45Al合金在0.1 mm/min抽拉速度条件下,得到了以初生β相为主的凝固组织,在枝晶间溶质富集处有少量的包晶相析出,与相关试验结果基本一致。

电阻点焊熔核微观组织模拟

基于有限差分思想建立了电阻点焊的三维宏观传热模型,并在此模型基础上通过进一步细化网格差分得到枝晶形核和生长所需的温度信息.基于元胞自动机方法建立枝晶形核和生长的微观模型,将已建立的宏观温度场模型和微观元胞自动机模型互相耦合起来,建立了电阻点焊熔核微观组织模拟的宏微观耦合模型.利用耦合模型模拟了5754铝合金电阻点焊一定参数下熔核的微观组织形成过程,所得的模拟结果为"柱状+等轴"晶组织,与试验结果吻合较好.

球墨铸铁凝固过程微观组织模拟

根据热力学和凝固原理等,建立了凝固过程中热传递、溶质传递和石墨球、奥氏体形核、生长的数学物理模型,以能量最小原理为基础,考虑体积自由能和界面能的定量影响,对奥氏体晶粒的形核和生长进行了摸拟。根据所建立的模型,采用了Microsoft Visual C++6.0开发平台开发了相应的三维模似计算程序和二维动态显示程序。

马车螺栓镦锻成形微观组织有限元模拟

对304不锈钢的流变应力数据进行处理,获得了304不锈钢在改进的L-J位错密度模型中的应变软化参数、加工硬化参数和自扩散激活能等表征参数,建立了304不锈钢L-J位错密度模型,进而采用有限元方法对马车螺栓镦锻成形过程中微观组织变化开展有限元模拟,并将模拟结果与金相实验得到的微观组织进行对比分析。结果显示,304不锈钢马车螺栓成形过程中,螺栓头部晶粒被压扁、拉长明显,方颈部位晶粒也有一定程度的细化,而杆部晶粒变化不明显;螺栓成形后,6个样品区的应变分别为2.03、2.32、0.48、0.64、0.03和0.05,其中,螺栓头部内外侧平均晶粒尺寸分别减小了约31.3%、33.5%,而硬度分别提高了约35.9%、40.8%,方颈部位内外侧平均晶粒尺寸分别减小了约23.5%、26.2%,而硬度分别提高了约24.5%、30.2%,杆部外侧平均晶粒尺寸略微减小,硬度略微增加;模拟的平均晶粒尺寸比实验的平均晶粒尺寸要小,晶粒分布更密集,但误差水平大体一致。

DZ125高温合金定向凝固微观组织的CA法模拟

采用伪二元相图法对DZ125多元合金进行了简化,并用二维Cellular Automaton(CA)法模拟了合金定向凝固微观组织.通过采用不均匀连续形核模型,在考虑到枝晶生长动力学的基础上,模拟了不同抽拉速度下合金定向凝固组织形貌、枝晶界面形态以及一次枝晶间距的变化,说明树枝晶竞争生长中存在"分枝"与"淹没"的机制;并且随凝固速率的增加,合金凝固组织从分枝较少的胞状树枝晶向分枝发达的树枝晶转变.模拟的一次枝晶间距从凝固速率为50μm/s时的132μm减少到凝固速率为500μm/s时的69μm.模拟结果与实验结果吻合较好.

元胞自动机方法模拟微观组织演变的建模框架

基于元胞自动机模型的框架特性,构建了基于扩展的元胞自动机的模型框架MicrosCA。该模型不是针对某一具体应用的实际模型,而是一个通用的模型框架,阐述了构建微观组织模拟元胞自动机模型的主要思想、微观模型与其它模型间的集成。在此基础上,可以针对不同应用问题,对其进行适当细化和具体化,以适合各种组织演变问题的分析研究。

采用Cellular Automaton法模拟铝合金的微观组织

采用 Cellular Automaton微观模型 ,并与宏观的传热计算相结合 ,对砂型铸造铝合金铸件的凝固组织形成进行了模拟。在模拟过程中 ,采用连续形核的方法处理液态金属的异质形核现象。通过高斯分布函数描述形核质点密度随温度的分布关系 ,在给定过冷度时对分布函数求积分可得该时刻的形核密度。晶粒生长模型则考虑枝晶尖端生长动力学和择优生长方向〈1 0 0〉晶向。模拟计算结果表明 ,在冷却速度不变的情况下 ,随着形核分布参数ΔTN 增加 ,所得到的晶粒尺寸增大。

铝合金微观组织模拟及并行计算

微观组织模拟计算规模庞大,对宏观铸件进行整体微观组织模拟存在极大困难,为此该文将CA(cellularau-tomaton)模型与宏观的传热计算相结合,模拟砂型和金属型铝合金铸件的凝固组织形成过程,提出了改进的CA模型,用更接近实际晶粒轮廓的方法对微观组织进行模拟。在串行算法的基础上开发了相应的并行算法,该算法在保证原有计算精度的前提下,极大地提高了计算规模和效率。对试验结果和模拟结果进行了对照分析,二者基本一致。

凝固微观组织的多层次模拟

通过引入溶质再分配、溶质扩散、界面能各向异性和界面曲率,构建了描述合金凝固微观组织形态演变的元胞自动机模型。在介观和微观尺度上的模拟结果表明,该模型可有效地解决微观组织形成的多尺度问题。模拟结果清晰地再现了与实测结果相一致的枝晶形态和生长现象。根据分形理论采用分维定量比较了模拟结果和实验结果,两者的计盒维数分别为1.703和1.694,阐述了分维定量表征枝晶形貌的物理含义。模拟结果表明熔体过冷度和树枝晶的计盒维数呈近似抛物线关系。

用Cellular Automaton方法模拟压铸镁合金AM50的微观组织

基于Cellular Automaton(CA)方法的基本原理,建立了压铸镁合金AM50形核和等轴晶粒生长的二维数学物理模型,能够对任意晶向的等轴晶晶粒生长进行模拟。模型耦合了宏观传热与微观组织模拟计算,镁合金AM50阶梯块压铸件的温度场通过热传导反算法计算求得。对阶梯块压铸件不同阶梯表面的微观组织进行了模拟,并与金相试验结果进行了对比,它们在晶粒尺寸上吻合较好。

基于一种改进CA模型模拟双辊连续铸轧纯铝微观组织

基于枝晶生长的基本传输过程和元胞自动机(Cellular Automaton,简称CA)-有限元(Finite Element,简称FE)模型基本原理,建立了适应双辊连续铸轧纯铝薄带工艺特点的凝固过程形核和晶体生长的数学模型.模型耦合了宏观温度场和微观组织模拟计算,考虑了溶质扩散、曲率过冷和各向异性等重要因素的影响,定义了界面单元捕获规则,能够模拟凝固过程中枝晶生长的形态.应用本模型对双辊连续铸轧纯铝薄带凝固过程中等轴晶生长、等轴晶多晶粒生长及柱状晶生长、柱状晶向等轴晶演化进行模拟并与实验结果进行对比,模拟结果与实验结果吻合较好,验证了模型的正确性.

应用Laasraoui-Jonas位错密度模型模拟工业纯钛微观组织演变

为模拟工业纯钛的微观组织演变过程,利用Gleebe-1500D实验机对工业纯钛进行热模拟压缩实验,变形温度为700、800、900和950℃,应变速率为0.01、0.1、1和5 s-1。对实验得到的数据进行处理,建立工业纯钛Laasraoui-Jonas(L-J)位错密度模型,结合Deform-3D软件对工业纯钛的微观组织演变过程进行模拟,并和实验所得到的微观组织进行比较。结果表明,工业纯钛在热压缩过程中,随着变形量的增加,位错密度先增大再减小,材料内部微观组织发生回复与再结晶;再结晶晶粒的模拟结果与实验结果较吻合,所建立的L-J位错密度模型是合理的。

Cellular Automaton法模拟铝合金微观组织的形成

采用Cellular Automaton微观模型,在给定冷却曲线的条件下,对铝合金板材凝固过程组织的形成进行了二维数值模拟。采用连续形核的方法处理液态金属的异质形核现象。用CA算法处理晶粒生长过程,考虑了枝晶尖端生长动力学和优先生长方向<100>晶向。通过模拟动态再现了凝固过程中晶粒的形核与生长。结果表明,在形核分布参数不变的情况下,随着冷却速度的增加,所得晶粒尺寸增大。

焊接接头微观组织演化的可视化模拟

本文主要针对焊接接头微观组织演化建模及其可视化方法进行研究。采用元胞自动机模型,通过对焊接接头的微观组织晶粒生长进行模拟来分析和研究微观组织的形态学和动力学特征;通过微观组织图像人工生成技术,直观、精确地展现出微观组织演化的可视化效果。实验结果表明,经过回归分析得到的晶粒生长指数同主流的Burke经验公式相符,使用元胞自动机算法对微观组织演化进行的可视化模拟得到了令人满意的效果。

单相合金凝固过程微观组织的三维数值模拟

基于晶粒形核和生长物理过程及热质基本传输过程,建立了单相台金凝固过程微观组织和微观偏析形成及枝晶形貌演化的三维数学模型,模型中考虑了成分过冷、曲率过冷和各向异性等重要因素.数值模拟结果表明,所建数学模型能够合理反映质点形核、晶粒生长和柱状→等轴晶转变物理过程,温度场、溶质场和微观组织形貌的模拟计算结果合理.自由枝晶生长过程的模拟结果表明,各向异性强度对枝晶生长和最终组织形貌具有重要影响:强各向异性趋于得到分支发达的树型结构,内部组织为取向平行排列规则的二次枝晶臂簇;而弱各向异性趋于得到表面凹凸不平的近似正八面体结构.模拟结果还证实枝晶内部存在小的孤立熔池,这有助于揭示微观组织中出现点偏析和微观缩松的根本原因.