基于KGT模型的AZ91铸态合金晶粒尺寸预测

基于枝晶生长动力学模型(KGT模型),运用晶核自由生长理论计算了在添加细化剂条件下铸态AZ91合金组织的平均晶粒尺寸,并对该模型进行了基于实测数据(以Al-Sr-Mn-Ti-C为细化剂)的有效性分析。结果表明,模型计算值与实测值吻合良好,在细化剂粒子尺寸分布为已知的前提下,利用KGT模型预测异质形核过程中Mg-Al系合金铸态组织的平均晶粒尺寸是可行的。

电磁搅拌作用下铝合金凝固组织的数值模拟

建立了有限元(Finite Element)和元胞自动机法(Cellular Automaton)相结合的宏微观耦合的CA-FE模型,实现了电磁搅拌作用下Al-5%Cu合金凝固组织的数值模拟。该模型利用ANSYS软件计算电磁力,利用有限差分法计算宏观流场和温度场。在微观计算中,采用基于高斯分布的连续形核模型,并采用KGT生长模型计算枝晶尖端生长速率。模拟和实验结果表明,施加电磁搅拌后,铝合金的温度场均匀,冷却速率加快,利于组织细化。

两种CA生长模型对CET过程计算结果的比较

采用元胞自动机法(CA)计算铸锭的凝固组织,围绕宏观偏析的宏/微观耦合计算问题,针对微观组织模型的选取,本文从元胞尺度为介观(100μm×100μm)和微观(10μm×10μm)两个方面,以Al-4.7wt%Cu合金铸锭为例,分别从1能否计算出柱状晶向等轴晶转变(CET)过程;2能否计算出生长过程的二次枝晶;3能否较准确计算出晶粒的溶质分布情况;4计算效率快慢等四个方面对元胞自动机模型中的KGT模型和溶质扩散性模型进行了对比计算。结果发现,溶质扩散性模型在计算二次枝晶生长及溶质分布情况等方面有绝对优势,但其计算效率相比较而言仍待提高。

枝晶生长模型对双辊薄带连铸组织模拟的影响

枝晶生长模型的选择对于准确预测金属凝固组织有着决定性作用。LGK和KGT是目前应用较广的模型,分别使用LGK和KGT模型对凝固组织进行模拟比较,选择适用于双辊薄带连铸过程的枝晶生长模型。研究结果表明,KGT模型的模拟结果显示了晶粒吞噬、柱状晶向等轴晶转变(CET)等金属凝固现象,而LGK模型则无此现象。因此KGT模型能更加准确地预测双辊薄带连铸的凝固组织,试验结果的验证也证实了这一结论。

基于KGT模型的铸造Mg-6Zn合金枝晶间距计算

基于KGT模型,计算了铸造Mg-6Zn合金的枝晶生长速度与生长半径,并运用Hunt模型以及Trivedi模型计算了Mg-6Zn合金的一次枝晶与二次枝晶间距,在光学显微镜下测量了合金的等轴枝晶臂间距与等轴晶内的二次枝晶间距。结果表明,计算值与实际测量的平均值在同一数量级,且数值较为接近。

脉冲等离子增材再制造Inconel 718合金的组织演变

采用脉冲等离子工艺增材再制造了Inconel 718镍基高温合金,并深入研究了再制造合金的组织形态及析出相分布规律,采用KGT模型对枝晶生长动力学进行定量计算。结果表明:沉积态合金组织以柱状枝晶为主,具有较强的外延生长特性,层与层之间有明显的界线。由于再制造过程中温度梯度和冷却速率的变化,自底部向顶部呈现胞状晶→柱状晶→粗大柱状枝晶→等轴晶的转变趋势,初生枝晶间距自底部向顶部分别为19.2、29.3和34.1μm。大量不规则的Laves相分布在枝晶间,MC碳化物弥散分布于晶界。在中部及顶部,有(γ+Laves)共晶相生成。