热型连铸Cu-10Al合金温度场及晶粒结构的数值模拟

在三维造型软件Pro/E中建立热型连铸模型,利用ProCAST软件对热型连铸过程中的温度场和晶粒结构进行了模拟计算.结果表明,采用稳态算法能够有效地预测连铸过程中温度场的变化和固液界面的形貌;采用CAFE模块能够准确地再现连铸过程中等轴晶到柱状晶的转变以及柱状晶区晶粒的竞争生长过程.     

热型连铸CuAlBe柱状晶的各向异性

热型连铸CuAlBe形状记忆合金管接头具有柱状晶组织。为了研究管接头扩径时垂直于柱状晶生长方向的力学性能与组织的各向异性,用热型连铸板状试样模拟了管接头,原位观察和测量了板状试样横向拉伸时10个晶粒的变形。发现各个晶粒的拉伸卸载曲线可分为形状记忆型和超弹性型。不同形状记忆型曲线表明,应力诱发β'和γ'相变。拉伸曲线的多样性表明,柱状晶组织横向拉伸时为马氏体形成和稳定化各向异性、弹性各向异性以及相变滞后各向异性。这些各向异性强烈影响管接头的扩径率及相变滞后。     

连铸速度对CuAlNi记忆合金晶粒长大及弯曲疲劳的影响

以4种速度连铸了柱状晶组织的CuAlNi记忆合金丝并热处理，检验其晶粒长大及弯曲疲劳性能。连铸速度大于240mm／min，72相的析出被抑制；速度达480mm／min时由于凝固前沿液相受到激冷而形成等轴晶。360mm／min为柱状晶加热长大的临界连铸速度。超过此速度，加热时晶粒将急剧长大。临界连铸速度以下提高连铸速度可细化晶粒，经热处理消除内应力后，弯曲疲劳断裂次数可大幅提高。     

纯铜热型连铸过程三维微观组织模拟

采用宏观温度场模拟与微观组织模拟相耦合的方法，建立了宏微观统一的模型[直接差分（Direct Difference）-元胞自动控制（Cellular Automaton）模型，即CA-DD模型]，模拟研究了纯铜热型连铸凝固过程各工艺参数对固．液界面位置和晶粒淘汰的影响。结果表明：随着连铸速度的增大，固-液界面逐渐向型口外侧移动，晶粒淘汰趋势逐渐减弱。铸型温度对晶粒淘汰有一定的影响。模拟结果与试验结果符合较好。     

镍基合金TIG焊接熔池及热影响区组织模拟

基于枝晶生长动力学和晶粒长大理论，采用元胞自动机法(CA)建立了焊接熔池及热影响区的微观组织演变模型. 通过有限元模型计算了TIG焊接过程的温度场分布，并利用插值算法将热循环曲线应用于CA模型，计算了镍基合金TIG焊接熔池凝固过程枝晶生长及热影响区的晶粒长大. 结果表明，焊缝边缘的晶核主要以柱状晶的形式向焊缝中心生长，其最终形貌取决于半熔化母材晶粒上的联生结晶及不同取向枝晶间的竞争生长，焊缝中心为等轴晶组织. 焊接热影响区的晶粒长大使得熔池凝固形成的柱状晶组织粗大. 模拟结果与试验结果吻合较好.     

柱状晶Cu-Al-Be形状记忆合金横向压缩的性能研究

用热型连铸法制备直径6 mm的柱状晶Cu-Al-Be合金棒,从中制取2 mm×2 mm×4 mm的矩形试样。采用循环加载压缩实验,研究热型连铸柱状晶Cu-Al-Be合金棒横向(垂直于定向凝固方向)压缩的力学性能。结果表明:压缩前试样平均晶粒尺寸约为1 mm,晶界的取向差分布不均匀,压缩后可恢复超弹性应变为1%,应变超过1%后即产生残余变形。卸载后,经过约10 min,试样基本能完全恢复,说明试样发生应变回复滞后。     

1Cr18Ni9Ti不锈钢焊接熔池的组织模拟

运用晶界演化Grain boundary evolution模型,利用PHOENICS软件计算在不同焊接参数下1Cr18Ni9Ti不锈钢TIG焊接温度场,采用VB语言编制程序模拟了焊缝中柱状晶的生长。结果表明,熔池形状和尺寸影响了柱状晶的生长方向,熔池长宽比越大,晶粒的生长方向越垂直于焊缝中心,晶粒短而直;长宽比越小,熔池形状越接近圆形,晶粒的弯曲程度越大,晶粒长而弯。Grain boundary evolution模型能准确地模拟不锈钢焊缝中柱状晶的生长形态,与试验结果中的柱状晶的生长形态吻合较好。     

自然对流条件下柱状晶/等轴晶转变过程模拟

建立了耦合流场、浓度场、温度场的CA-LBM模型,采用该模型再现了合金在自然对流条件下柱状晶向等轴晶的转变过程,并与无对流条件下的凝固组织作对比,研究了自然对流对温度场和CET转变的影响。结果表明:自然对流促进了热的输运,加速了凝固进程,使柱状晶向等轴晶的转变提前,有细化晶粒的作用。     

热型连铸凝固过程微观组织形成的数值模拟

采用宏观一微观耦合的方法，建立了宏一微观统一的数学物理模型[直接差分（Direct Difference）一元胞自动控制（Cellular Automaton）模型，即CA-DD模型]，模拟了热型连铸过程中晶粒的竞争生长过程，并研究了不同工艺参数对固-液界面形状及晶粒竞争生长的影响。模拟结果表明，采用宏-微观耦合的方法模拟热型连铸过程中微观组织的演化过程以及各种工艺参数对组织形成的影响是有效、可行的。     

Cu-Ag合金热型连铸凝固过程数值模拟

采用交替显式直接差分法建立了Cu-Ag合金热型连铸凝固过程温度场模拟的差分数值方法,并研究了不同工艺参数对温度场分布的影响.模拟结果表明,连铸速度、型口温度和冷却强度对Cu-Ag合金凝固过程固-液两相区的位置和大小有影响.随连铸速度增大,液固界面位置从型内向型外移动.