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【6h】

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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目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 本文研究背景

1.1.1 半固态成形技术的特点

1.1.2 近液相线铸造法

1.1.3 铝硅合金简介

1.2 金属凝固过程组织模拟

1.2.1 凝固过程的宏观尺度模拟

1.2.2 凝固过程的介观尺度模拟

1.3 本文的研究内容、目的及意义

第2章 理论模型

2.1 温度场模型

2.2 相场模型

2.3 浓度场模型

2.4 多晶粒处理方法

2.4.1 形核

2.4.2 相场

第3章 模拟结果与讨论

3.1 模型的数值求解及程序实现

3.1.1 数值求解

3.1.2 算法的优化

3.1.3 程序的实现

3.2 温度场模拟

3.2.1 浇注速度对温度场的影响

3.2.2 浇注温度对温度场的影响

3.3 晶粒长大过程模拟

3.4 介观组织模拟

3.4.1 浇注温度对Al-Si合金半固态组织的影响

3.4.2 浇注速度对Al-Si合金半固态组织的影响

3.4.3 成分对Al-Si合金的半固态组织的影响

第4章 结论

参考文献

致谢

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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。

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