基于相场法模拟VAR强迫流场中柱状晶生长

基于相场法建立了流-热-质全耦合模型,模拟了真空自耗电弧重熔(VAR)过程铸锭柱状晶在强制流场中的生长。对比柱状晶在有无流场条件下的生长特征解析熔体流动对柱状晶生长的影响机制。模拟结果表明:凝固前沿流场速度大小为45μm/s,方向与枝晶生长方向垂直时,二次枝晶表现出“迎流”生长,枝晶干受冲刷作用向下游倾斜;相邻枝晶形成细小涡流,枝晶干上游侧溶质和热量随熔体带入下游侧,上游侧溶质和温度边界层厚度减小,由无流场时的51μm降至31.5μm,温度梯度大促进二次枝晶发展;下游侧边界层溶质和热量富集程度大,边界层厚度增至78μm,梯度减小明显抑制二次枝晶发展。下游溶质浓度高于无流场情况,枝晶生长缓慢增大微观偏析风险。

铸造TiAl合金凝固组织的截面尺寸效应

采用数值计算和试验的方法,研究了直径30~50 mm Ti Al合金铸锭凝固组织的截面尺寸效应。结果表明:受径向散热和轴向散热竞争的影响,Ti Al合金铸锭的宏观组织存在竞争生长区、径向生长区和冒口影响区,随铸锭高径比增大,竞争生长区和冒口影响区占比减小,径向生长区占比增大。在径向生长区内,对于同一Ti Al合金铸锭,随散热距离的增加,柱状晶宽度增大,但增大的幅度逐渐减小;对于不同直径的Ti Al合金铸锭,在相同散热距离处,较大直径铸锭的柱状晶宽度更宽,且不同直径铸锭柱状晶宽度的差值随径向散热距离的增加而增大。通过拟合径向温度梯度和轴向温度梯度与铸锭直径和轴向散热距离的关系,建立了柱状晶生长方向与铸锭直径和轴向散热距离的关系。通过拟合温度梯度和凝固速率与铸锭直径和径向散热距离的关系,并耦合柱状晶宽度与温度梯度和凝固速率的关系,建立了柱状晶宽度与铸锭直径和径向散热距离的关系。