bck

收藏本站

多元合金凝固微观组织的相场法模拟研究

【摘要】: 铸件的力学性能优劣和使用寿命主要取决于铸件在凝固过程中所形成的微观组织,有效地控制铸件成型过程中微观组织的形成具有非常重要的科学与工程意义,但是由于成型过程需要控制大量的参数,全部用实验手段不太现实,因而微观组织演化过程的数值模拟为铸件成型控制和多元合金材料的研制提供了一个有效的新途径。微观组织的数值模拟可以有效地降低新合金材料的开发成本,缩短开发周期,少量的实验既可达到合金的凝固组织预测和力学性能控制,又可获得主要工艺参数与合金凝固组织的定量关系,为成型过程的工艺控制和合金凝固组织的改善提供了可靠依据。 相场法是一种计算技术,它能使研究者直接模拟微观组织的形成。相场模型中包括一组描述温度场、浓度场和相场有序参数的方程,相场法借助相场与其它外部场的耦合,在金属充型和凝固过程中,有效地将微观与宏观尺度相结合,能够比较真实地模拟凝固过程。 在参阅国内外相场理论的基础上,完善二元合金凝固过程中枝晶生长的二维相场模型,在模型中考虑溶质扩散与各向异性对枝晶形貌的影响,考虑固-液界面存在的大量结构起伏和能量起伏对组织生长的影响,并对微观组织形成模拟中的若干现象进行分析和讨论。在单晶粒生长的相场模型的基础上,引入方向系数,提出了二元及多元合金多晶粒生长的相场模型。推导分析多相场共晶生长的相场模型,实现合金共晶组织生长过程的模拟。 讨论了相场方程的时域离散与空间离散,优化了相场法数值模拟的初始条件、边界条件、稳定性条件及其数值求解方法。基于交互式大型工程测试和复杂数值计算结果的可视化工具Tecplot,采用Visual C++自行编程将计算结果数据转换成Tecplot标准输入文件,实现了相场法微观组织模拟的可视化软件系统。该系统既可有效处理计算中相关的复杂数据结构,还可实现计算结果的逼真显示及图象和动画的处理,方便地分析模拟结果的特征、规律。 使用提出的二元合金多晶粒生长的相场模型,以Al-Cu合金为例,模拟了二元合金等温凝固过程中多个晶粒的生长过程。研究了二元合金凝固过程中多个晶粒枝晶的竞争生长机制。观察分析了多个枝晶与单个枝晶生长形貌的差别、晶粒之间的溶质分布状况。结果表明:在枝晶生长的初期,各个枝晶之间还没有相互影响的时候,枝晶的生长都和单个枝晶生长的情况相同,符合经典理论。在枝晶生长的后期,由于枝晶间的相互影响,枝晶的生长形貌不再符合Ivantsov理论。晶粒在生长的过程中释放出潜热,潜热使得该区域过冷度较低,导致主枝晶向过冷度大的区域生长,最终造成主枝晶的抑制和弯曲。由于凝固过程的溶质再分配,溶质富集在枝晶生长的界面前沿。溶质富集在这些区域,造成这个区域的熔点降低,从而导致实际过冷度的减小,使得这些区域凝固的比其他区域晚,最后形成晶界。 使用提出的多元合金多晶粒生长的相场模型,以Al-Cu-Mg合金为例,模拟了多元合金等温凝固过程中多个晶粒的生长过程。研究比较了Al-Cu合金和Al-Cu-Mg合金在相同凝固条件下微观组织的变化。结果表明:多元合金多个晶粒共同生长时与二元合金类似,有竞争生长的现象,溶质富集在枝晶生长的界面前沿等区域。多元合金的各种溶质在溶剂(基体)中的扩散系数越大,溶质在晶粒中的分布越均匀。定性的展现了孕育剂细化晶粒机制对Al-Cu-Mg晶粒的形状和尺寸的影响、合金之间的合金成分和微观组织的关系(Al-Cu合金vs.Al-Cu-Mg合金)。合金成分的改变并没有十分明显的改变枝晶的形貌,初始晶核数量的大小对枝晶形貌有很大的影响。在Al-Cu-Mg合金中Mg改变了溶质Cu晶粒中的分布,加重了晶粒中Cu的溶质偏析。 在多元合金多晶粒生长的相场模型的基础上耦合温度场,提出了一个多元合金多晶粒非等温生长的相场模型,并对Al-Cu合金与Al-Cu-Mg合金的凝固进行模拟,研究分析了其微观组织形貌的变化,以及温度场、溶质场的分布。结果表明:在忽略温度梯度的情况下,凝固时潜热的释放使凝固界面前沿的液体温度升高,由于枝晶生长的速度要大于热量传递的速度,使热量在凝固界面前沿累积,因此造成凝固的前沿上温度最高,、后凝固的区域要比先凝固的区域温度高。在模拟中加入了冷却速度和外部温度梯度,外部温度梯度随着晶粒的生长发生变化,这是由凝固潜热和热量传递造成的。初始温度不同,对凝固的速度有很大的影响,过冷度越大,模拟区域的固相率越大,凝固速度越快。 推导分析了多相场共晶生长的模型,使用该模型模拟研究了CBr4-C2C16合金凝固过程中共晶组织的演化。结果表明:初始共晶层片和过冷度等参数选择适当时,共晶层片保持稳定界面,平行向前生长。在凝固前沿由于溶质再分配和溶质在液相中不能及时的扩散均匀,导致与理论计算的浓度值相比,在已凝固的区域中α相中的溶质浓度偏高、β相中的溶质浓度偏低。

下载App查看全文

(如何获取全文? 欢迎:、、)

支持CAJ、PDF文件格式


【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 龙文元;蔡启舟;魏伯康;陈立亮;;相场法模拟多元合金过冷熔体中的枝晶生长[J];物理学报;2006年03期
2 任娟娜;王明光;李爱红;赵宇宏;;合金沉淀过程相场法模拟研究进展[J];热加工工艺;2011年10期
3 徐宏,侯华,张国伟;铝金属凝固微观组织模拟相场法技术研究[J];兵器材料科学与工程;2005年04期
4 袁栋世;王锦程;杨根仓;;非对角扩散项对三元合金枝晶生长影响的相场法研究[J];铸造技术;2008年04期
5 赵宇辉;张国伟;侯华;程军;;铸铝枝晶生长的相场法模拟[J];铸造技术;2006年05期
6 于艳梅,杨根仓,赵达文,吕衣礼,A.Karma,C.Beckermann;相场法模拟过冷熔体枝晶生长的界面厚度参数的取值[J];自然科学进展;2001年11期
7 赵宇辉;张国伟;侯华;徐宏;;相场法模拟铸铝凝固过程的枝晶生长[J];铸造设备研究;2005年06期
8 许泉;王锦程;李俊杰;杨根仓;;各向异性条件下晶粒长大过程的相场法模拟[J];材料导报;2007年09期
9 罗志荣;高英俊;邱鸿广;张海林;;相场法模拟多个空间取向的棒状第二相粒子对晶粒长大的影响[J];中国有色金属学报;2010年12期
10 龙文元,蔡启舟,陈立亮,魏伯康;二元合金非等温凝固枝晶生长的相场法模拟[J];铸造;2003年09期
11 朱昌盛,程俊,王智平;相场法模拟中计算方法研究概述[J];铸造;2004年09期
12 王智平;杨世银;朱昌盛;肖荣振;;各向异性影响非等温凝固过程的相场法模拟[J];兰州理工大学学报;2007年06期
13 王明光;赵宇宏;侯华;任娟娜;牛晓峰;杨伟明;;合金过冷熔体中枝晶生长的相场法研究进展[J];铸造技术;2011年01期
14 庄建平;龙文元;方立高;张丽攀;;过冷熔体定向凝固过程枝晶生长的相场法模拟[J];热加工工艺;2005年12期
15 朱昌盛;肖荣振;王智平;徐建林;王延露;;定向凝固微观组织的相场法模拟研究进展[J];铸造;2006年01期
16 赵吉鹏;;Fe-C合金枝晶生长的相场模拟[J];铸造技术;2011年02期
17 庄建平;龙文元;方立高;张丽攀;;铝合金定向凝固过程枝晶生长的相场法模拟[J];南昌航空工业学院学报(自然科学版);2005年03期
18 王洁玉;陈长乐;陈志;;相场法模拟Ni-Cu合金枝晶生长中过冷度的影响[J];铸造技术;2007年04期
19 郭巍;宗亚平;左良;;外加应力对Ti-25Al-10Nb合金显微组织几何特征的影响[J];材料与冶金学报;2007年01期
20 朱昌盛;冯力;王智平;肖荣振;;一种相场法微观组织模拟加速算法的研究与实现[J];热加工工艺;2008年15期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郭洪民;杨湘杰;京玉海;;铝合金凝固微观组织数值模拟[A];第二届半固态金属加工技术研讨会论文集[C];2002年
2 胡宾宾;潘复生;张静;;铝合金铸锭凝固及热变形微观组织的预测与模拟现状[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年
3 李斌;王恩刚;张红伟;赫冀成;;Al-Cu合金凝固微观组织的数值模拟[A];2002年材料科学与工程新进展(下)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
4 赵永庆;王敏敏;曲恒磊;吴欢;杨海英;李倩;;Ti-35V-15Cr和Ti-25V-15C阻燃钛合金540℃的蠕变行为[A];探索创新交流--中国航空学会青年科技论坛文集[C];2004年
5 宋云京;邓化凌;石文华;;高速电弧喷涂MMC涂层的组织和性能研究[A];第九届真空冶金与表面工程学术会议论文摘要集[C];2009年
6 关绍康;姚波;王迎新;沈宁福;;新型铝镁硅钛多元合金汽车车身板材的预时效研究[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
7 孙立斌;许庆彦;柳百成;;ZG0Cr13Ni4Mo不锈钢铸件凝固相变过程模拟研究[A];2002年材料科学与工程新进展(下)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
8 王晶;周莉;;15CrMoR材料抗氢致裂纹性能研究[A];北京力学会第11届学术年会论文摘要集[C];2005年
9 樊振海;麻永林;邢淑清;金自力;赵莉萍;李中原;张小燕;;磁场退火对无取向硅钢微观组织的影响[A];第二届全国背散射电子衍射(EBSD)技术及其应用学术会议暨第六届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C];2007年
10 陈明和;;热加工过程中钛合金微观组织演变的可视化仿真[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 冯力;多元合金凝固微观组织的相场法模拟研究[D];兰州理工大学;2009年
2 龙文元;铝合金凝固过程枝晶生长的相场法数值模拟[D];华中科技大学;2004年
3 袁训锋;强制对流影响凝固微观组织的相场法研究[D];兰州理工大学;2011年
4 崔红保;高温度梯度定向凝固Al-In和Cu-Pb合金组织演化[D];哈尔滨工业大学;2007年
5 于艳梅;过冷熔体中枝晶生长的相场法数值模拟[D];西北工业大学;2002年
6 丁恒敏;铸造合金的微观组织模拟[D];华中科技大学;2005年
7 刘晶峰;过冷熔体枝晶生长的计算机模拟仿真[D];华中科技大学;2006年
8 姚宗勇;冷轧3104和1050铝合金微观组织及织构变化的定量研究[D];清华大学;2009年
9 田卫星;纯金属凝固过程枝晶生长的相场法研究[D];山东大学;2007年
10 郝松;三维三相陶瓷刀具材料微观组织的模拟研究[D];山东大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张宙庆;铝合金凝固过程微观组织模拟技术研究[D];中北大学;2005年
2 孔令伟;原子岛外延生长的相场法数值模拟[D];河北师范大学;2011年
3 何帅;相场法的准确性与边界曲率的关系研究[D];浙江大学;2011年
4 周力;合金枝晶生长相场法模拟的关键技术研究[D];中北大学;2010年
5 张丽丽;温度场下枝晶生长的相场法模拟[D];沈阳师范大学;2012年
6 赵宇辉;铝合金微观组织相场法数值模拟技术研究[D];中北大学;2006年
7 袁海;Ni-Cu二元单相合金枝晶生长的相场法数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 王军伟;相场法模拟强迫层流对凝固微观组织的影响[D];兰州理工大学;2010年
9 尤丁平;湍流作用下合金枝晶生长的相场法模拟[D];南昌航空大学;2012年
10 贾伟建;凝固微观组织相场法模拟[D];兰州理工大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张炳乾 曹江瑞;[N];中国有色金属报;2003年
2 ;[N];中国有色金属报;2000年
3 曹文英;[N];中国乡镇企业报;2001年
4 本报驻江苏记者 杜小卫;[N];中国建材报;2007年
5 记者 匡华安 通讯员 唐莹莹 杨志婷;[N];中国冶金报;2007年
6 张炳乾;[N];中国有色金属报;2006年
7 宫巨松 姜强 崔海娟;[N];朝阳日报;2007年
8 张丙乾;[N];中国有色金属报;2007年
9 ;[N];世界金属导报;2006年
10 驻站记者 杨晓天通讯员 张国民;[N];赤峰日报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978


{bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck体育下载}| {bckbet}| {bcksports}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bck官网}| {bck体育下载}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育app}| {bck体育}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bcksports}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bckbet}|
{uc8}| {uc8体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐城}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8老虎机}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8老虎机}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc体育}| {UC体育}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}|