Al-Cu合金近液相線鑄造中組織演變的計算機模擬.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注。其中，合適的漿料制備是半固態(tài)成形的關鍵，近液相線鑄造技術就是獲得半固態(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工藝參數也不相同，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，因此通過計算機模擬進行半固態(tài)合金設計就成為目前人們關注的課題。本文在國家自然科學基金的資助下，對Al-Cu合金近液相線鑄造過程中的組織演變進行了多尺度模擬，為半固態(tài)合金設計奠定基礎。 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：利用外推法可以成功地描述半連續(xù)鑄造結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確高效。在此基礎上利用元胞自動機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三種合金進行鑄造時，當熔體不保溫直接澆注時，邊部和心部晶粒差別較大，而當熔體近液相線鑄造時即保溫一段時間后澆注，可獲得均勻細小的

4、晶粒，尺寸均在35μm左右。模擬結果還表明：當保溫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，當水冷系數達到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