CA-LBM模型模拟Al-4.7%Cu固溶体合金成分分布和枝晶形貌

建立了耦合温度场、流场、溶质场的CA-LBM(元胞自动机-格子玻尔兹曼方法)数值模型,并用该模型研究了Al-4.7%Cu固溶体合金的凝固过程。模拟结果验证了模型的合理性,再现了合金凝固过程中的枝晶形貌和溶质偏析,并定量研究了自然对流、初始温度对溶质分布和微观组织的影响。研究表明,自然对流对枝晶形貌有明显的影响,使枝晶生长非对称化,即迎流方向的枝晶生长得到促进,顺流方向的枝晶生长受到抑制。初始温度对凝固进程和枝晶形貌影响较大,降低初始温度,枝晶生长加快且产生了二次枝晶,并造成枝晶尖端固液界面处溶质浓度偏高,加重了溶质偏析。

CA-LBM模型模拟自然对流作用下Al-4.7%Cu合金的枝晶生长

建立耦合温度场、流场、溶质场的CA-LBM(元胞自动机格子玻尔兹曼方法)数值模型模拟了Al-4.7%Cu固溶体合金的凝固过程。模拟结果再现了自然对流条件下单个枝晶、多个枝晶的生长以及柱状晶向等轴晶转变过程。研究结果表明,自然对流对单个枝晶形貌有明显的影响,使枝晶生长非对称化,即迎流方向的枝晶生长得到促进,顺流方向的枝晶生长受到抑制。对铸锭CET过程的计算表明,自然对流促进温度均匀化,在凝固过程中等温线弯曲程度先增大后减小。另外,自然对流加速了凝固进程,并有细化晶粒的作用。CA-LBM模型再现了自然对流条件下柱状晶的竞争生长、柱状晶向等轴晶的转变以及溶质的晶界偏析。

采用CA-LBM模型对单个纯铝晶粒运动和生长的研究

建立了一个基于二维的元胞自动机(cellular automaton,CA)-格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method,LBM)模型,对纯金属铝在凝固过程中单个晶粒漂移进行了模拟研究。对单个晶粒自然对流条件下的下落过程、以及在侧向强制对流条件下的下落过程中的生长过程进行了计算研究。结果表明:在静止情况下,当存在自然对流时,晶粒在竖直方向上呈现非对称生长的形貌特征;当晶粒在重力作用下垂直下落,且存在自然对流时,晶粒在垂直方向上的非对称性生长更为显著;当晶粒在侧向强制对流及重力条件下下落时,晶粒在竖直方向和水平方向上均呈现出非对称生长特征,且竖直方向的不对称性更为强烈。