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Al-Si合金近液相线铸造过程中液/固相变的相场法模拟

作　者: 张慧博
导　师: 周志敏
学　校: 东北大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 多尺度模拟相场法近液相线铸造液/固相变
分类号: TG292
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文利用相场法对Al-Si合金近液相线铸造过程中的组织演变进行模拟,研究了半固态合金组织与合金成分及工艺条件之间的关系,从而得到最佳的半固态合金及其成形工艺条件,对于Al-Si半固态合金的开发具有重要意义。本文采用准连续形核模型和窄带固／液界面法计算了Al-Si合金近液相线铸造过程中凝固组织的演变,得到了近液相线铸造中工艺条件对铸锭不同部位的微观组织的影响。通过对Si含量为5.0%、7.0%及9.0%的Al-Si合金进行了组织演变模拟,得到合适的半固态合金成分及其工艺参数,结果表明：(1)合金熔体在常规浇注温度(950.0K)浇注时获得的锭坯中心部位的组织是粗大晶粒,且极不均匀；在略高于液相线温度10.0K左右(900.0K)下保温浇注获得的铸造组织较好,中部和边部组织差异不大；在液相线温度(888.0K)下进行保温浇注获得的锭坯中心和边部组织均是均匀、细小的近球形组织,平均晶粒直径为25.0μm～32.0μm。(2)浇注速度较大时,即达到4.0×10-3m/s,晶粒比较粗大,呈长条状；随着浇注速度的减小,晶粒越来越细小,越来越均匀,而且球化比较明显,当浇注速度为1.5×10-3m/s时,晶粒呈球形方式长大,晶粒比较细小,分布均匀,而且球化明显。(3)Si含量为5.0%、7.0%、9.0%的Al-Si合金在浇注速度为2.0×10-3m/s时近液相线保温浇注得到的半固态组织进行对比可知,Al-7.0%Si合金的组织最好,晶粒相对均匀、细小、圆整。通过本文模拟得到Al-Si合金近液相线铸造最佳工艺条件为：合金为Al-7.0%Si、浇注速度为2.0×10-3m/s、浇注温度为888.0K。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-28
  1.1 本文研究背景  10-13
    1.1.1 半固态成形技术的特点  10-11
    1.1.2 近液相线铸造法  11-12
    1.1.3 铝硅合金简介  12-13
  1.2 金属凝固过程组织模拟  13-26
    1.2.1 凝固过程的宏观尺度模拟  14
    1.2.2 凝固过程的介观尺度模拟  14-26
  1.3 本文的研究内容、目的及意义  26-28
第2章理论模型  28-40
  2.1 温度场模型  28-31
  2.2 相场模型  31-35
  2.3 浓度场模型  35-37
  2.4 多晶粒处理方法  37-40
    2.4.1 形核  37-38
    2.4.2 相场  38-40
第3章模拟结果与讨论  40-64
  3.1 模型的数值求解及程序实现  40-44
    3.1.1 数值求解  40-41
    3.1.2 算法的优化  41-42
    3.1.3 程序的实现  42-44
  3.2 温度场模拟  44-46
    3.2.1 浇注速度对温度场的影响  44-45
    3.2.2 浇注温度对温度场的影响  45-46
  3.3 晶粒长大过程模拟  46-47
  3.4 介观组织模拟  47-64
    3.4.1 浇注温度对Al-Si合金半固态组织的影响  49-53
    3.4.2 浇注速度对Al-Si合金半固态组织的影响  53-63
    3.4.3 成分对Al-Si合金的半固态组织的影响  63-64
第4章结论  64-66
参考文献  66-70
致谢  70

Al-Si合金近液相线铸造过程中液/固相变的相场法模拟

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