铸件凝固过程微观组织模拟研究状况

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1、Oct.2006铸造FOUNDRY·1047·Vol.55No.10!!!!!!"计算机应用"!!!!!!铸件凝固过程微观组织模拟研究状况侯卫周1，曹新国1，徐宏2（1.河南大学物理与信息光电子学院，河南开封475001；2.华北工学院材料科学与工程系，山西太原030051）摘要：为了揭示国内外对微观组织模拟研究的重要方法。利用了确定性模型和随机性模型相结合，建立晶粒形核和生长的物理、数学模型。结果表明，通过计算机技术，已能初步模拟出微观组织形态，并能预测铸件的力学性能。可见，微观模拟的发展广阔前景，有待在理论

2、和实践中进一步完善。 关键词：微观组织；凝固模拟；形核生长模型；力学性能中图分类号：TG14；TP391.9文献标识码：A文章编号：1001-4977（2006）10-1047-05PresentStudySituationonMicrostructureTechnologyofCastingSolidificationsHOUWei-zhou1,CAOXin-guo1,XUHong2(1.PhysicsandInformationOpt-electronics,HenanUniversity,Kaifeng4

3、75001,Henan,China;2.Dept.ofMaterialEngineering,NorthChinaInstituteofTechnology,Taiyuan030051,Shanxi,China)Abstract:Todisclosetheimportantmethodsofmicrostructuresimulationallovertheworld, accordingtodeterministicmodelandprobabilisticmodel,nucleationandgrowtho

4、fthegrain mathematicmodelcanbesetup.Microstructuremodelinghasbeenpredictedprimarilyby computer,mechanicalpropertiescanbepredictedfathomer.Microstructuresimulationhasgreat researchpotentialandneedstobecomplementinfurtherstudyboththeoreticallyandpractically. K

5、eywords:microstructure;solidificationsimulation;modelofnucleationandgrowth;mechanical property结晶过程是自然界中一种自发现象，在结晶过程从理论上分析，最初的形核和长大模型大都采用中，铸件凝固微观组织对铸件的力学性能有重要影响，确定模型。如Hunt[1]的瞬时形核模型，Oldfield提出的铸件微观组织决定铸件力学性能。上世纪80年代末，连续形核模型等。夏威夷大学的Wang和爱荷华大学的在铸件凝固过程宏观温度场数值模拟技

6、术的基础上，Beckermann采用体积元平均技术，建立了Multiscale/铸件微观组织形成过程数值模拟研究进入高潮，引起Multiphase[1]等轴枝晶生长模型，为建立晶粒生长确定许多研究人员关注。计算机长足发展使精确模拟微观模型提供了崭新的思路。20世纪80年代晶粒概率型模组织的形成过程成为可能。铸件凝固过程的微观组织型逐渐兴起，如英国Swansea大学的Browns和pittle[2]，模拟，是指在晶粒尺度上对铸件凝固过程进行模拟。以及加拿大皇后大学的Zhu和Sumith[2]等人采用了Monte铸

7、件凝固过程微观组织控制是铸造工作者长期致力研Carlo法。进入20世纪90年代，瑞士联邦洛桑理工学院究的课题。Rappaz和Candia[2]综合确定模型和概率模型提出了单元1铸件凝固过程微观模拟的研究进展自动控制（CellularAutomattion）（CA）模型并提出了FE-CA耦合算法模型，开创了宏观模拟与微观模拟相结合计算的先河。其实微观组织形成过程是一个比较 国外在微观组织数值模拟方面的研究最早开始于复杂的动态过程。其模拟主要包括温度场模拟、浓度1966年，Oldfield[1]首次提出了在铸件凝固

8、过程中宏观场模拟和晶粒形核、生长的微观模拟。模拟的基础上，将传热方程中的热源项表示为形核率综观各研究者的工作，铸件微观模拟晶粒形核和 和生长速率的函数。国内研究起步较晚，沈阳铸造研长大模型主要分为①确定性模拟方法；②随机性模拟 究所、西安交通大学、清华大学等单位都已对铸件凝方法；③相场模拟方法。此外还有固相份数法、介观 固微观组织展开了数值模拟技术的研究，并取得了较尺度法及统计法等。