Al-Cu合金近液相線鑄造中組織演變的計算機(jī)模擬.pdf

1、半固態(tài)成形(Semi-Solid Metal Process，簡稱SSM)是在固/液兩相區(qū)對金屬材料進(jìn)行加工成形的一種方法，能夠制備出組織性能良好的材料，近年來受到人們的廣泛關(guān)注。其中，合適的漿料制備是半固態(tài)成形的關(guān)鍵，近液相線鑄造技術(shù)就是獲得半固態(tài)漿料的簡單高效的方法。實際上，不是所有的合金都適于近液相線鑄造，而且不同成分的合金的生產(chǎn)工藝參數(shù)也不相同，為了獲得具有良好半固態(tài)成形性能和使用性能的合金，人們需要進(jìn)行大量的實驗研究，浪費了大

2、量的人力物力，因此通過計算機(jī)模擬進(jìn)行半固態(tài)合金設(shè)計就成為目前人們關(guān)注的課題。本文在國家自然科學(xué)基金的資助下，對Al-Cu合金近液相線鑄造過程中的組織演變進(jìn)行了多尺度模擬，為半固態(tài)合金設(shè)計奠定基礎(chǔ)。 本文針對Al-Cu合金近液相線半連續(xù)鑄造的特點建立了描述成形過程的溫度場模型、液固相變的形核和長大模型，并利用有限差分法和元胞自動機(jī)法對Cu含量分別為4％、4.5％及5％的Al-Cu合金近液相線鑄造進(jìn)行了溫度場和組織演變的模擬，得到

3、了組織演變與合金成分及工藝條件之間的關(guān)系，從而得到合適的半固態(tài)合金及其成形工藝條件。模擬和研究發(fā)現(xiàn)：利用外推法可以成功地描述半連續(xù)鑄造結(jié)晶器出口的邊界條件，從而使連續(xù)鑄造過程溫度場的模擬準(zhǔn)確高效。在此基礎(chǔ)上利用元胞自動機(jī)方法模擬了鑄錠不同部位的組織演變過程，對于Al-4％Cu、Al-4.5％Cu和Al-5％Cu三種合金進(jìn)行鑄造時，當(dāng)熔體不保溫直接澆注時，邊部和心部晶粒差別較大，而當(dāng)熔體近液相線鑄造時即保溫一段時間后澆注，可獲得均勻細(xì)小的

4、晶粒，尺寸均在35μm左右。模擬結(jié)果還表明：當(dāng)保溫2-3min時，澆注溫度在液相線溫度15K以下、鑄造速度為1.5mm/s左右時，可得到均勻細(xì)小的晶粒，并能保持較好的均一性；模擬的三種合金都能形成均勻細(xì)小的等軸晶，但相比之下Al-5％Cu的晶粒尺寸更小，圓度更大。冷卻強(qiáng)度對近液相線鑄造組織的邊部晶粒情況影響較大，心部晶粒情況影響較小，當(dāng)水冷系數(shù)達(dá)到1000 W/(m<'2>.K)即可得到均勻性和圓度較好的晶粒。 綜上所述，在A