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热型连铸过程微观组织的计算机模拟

王海南  
【摘要】: 本文研究了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演 化的影响。采用宏观-微观耦合的方法,建立了宏-微观统一的数学物理模型,模拟了 热型连铸过程中晶粒的竞争生长过程,以及不同工艺参数对固-液界面形状及晶粒竞 争生长的影响。 宏观模拟方面,采用温度回升法处理结晶潜热,用内节点直接差分法进行温度 场的数值计算。微观模拟方面,根据高斯形核模型处理形核问题,考虑了枝晶的优先 生长方向和枝晶尖端的生长动力学,采用改进Cellular Automaton算法处理晶粒的 生长。本文根据定向凝固的特点,提出了用于定向凝固宏-微观耦合模拟的界面跟踪 耦合算法(动态宏-微观耦合算法),该算法根据凝固界面的推进动态的确定微观模拟 区域,极大提高了定向凝固宏-微观耦合模拟的计算效率。本文应用已建立的模型, 在C++Builder开发平台上编制了模拟软件,在计算机屏幕上动态的再现了热型连铸 过程晶粒的淘汰过程。 实验和模拟结果表明,热型连铸过程中,连铸速度对固液界面的形状和晶粒的 竞争生长影响较大;冷却条件对固液界面的形状影响不大,但对晶粒的竞争生长影响 较大;其它工艺参数对固液界面的形状及晶粒的竞争生长也有一定影响,但影响不大。 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,模拟 结果与实验结果是非常吻合的,采用计算机模拟的方法研究凝固过程中微观组织的形 成以及各种工艺参数对组织形成的影响是有效、可行的,是研究凝固过程组织形成规 律的一种重要的方法。


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