双辊连续铸轧纯铝薄带凝固微观组织模拟及验证.pdf

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1、第32卷第3期航空材料学报Vo1．32．No．32012年6月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSJune2012双辊连续铸轧纯铝薄带凝固微观组织模拟及验证陈守东，陈敬超，吕连灏(昆明理工大学稀贵及有色金属先进材料教育部重点实验室；云南省新材料制备与加工重点实验室，昆明650093)摘要：以双辊连续铸轧薄带工艺凝固过程为基础，同时基于金属凝固的基本原理建立了双辊连铸薄带凝固过程的异质形核模型、修正的枝晶尖端生长动力学模型、柱状晶向等轴晶转变(CET)的解析模型以及基于元胞自动机(CA)的双辊连续铸轧薄带凝固组织演变的仿真模型。数值模拟结果表明，所建立的数

2、学模型能够合理描述晶粒沿任意角度生长的过程，温度场、溶质场和微观组织形貌的模拟计算结果合理，同时利用双辊薄带连续铸轧工业纯铝凝固过程验证了数学模拟的可行性。关键词：双辊连续铸轧；凝固微观组织；数值模拟；验证DOI：10．3969／j．issn．1005-5053．2012．3．006中图分类号：TG146．21文献标识码：A文章编号：1005-5053(2012)03-0035-05双辊薄带连续铸轧工艺具有简化生产工序、缩了双辊薄带连续铸轧凝固组织形成的微观仿真数学短生产周期、减少设备投资、降低生产成本等优点。模型，为双辊连续铸轧薄带凝固组织形成的数值模近十几年里该项技术取得了

3、很大的进展，但目前在拟及组织形成的定量预测奠定了基础。最后利用工工业化应用方面主要面临着薄带的质量较差和质量业纯铝双辊连续铸轧组织凝固过程验证了数学模拟不稳定等问题，其中薄带凝固组织对薄带质量有非的可行性。常重要的影响。目前，对双辊连续铸轧薄带凝1双辊连铸薄带凝固组织演变的微观固组织形成的微观模型研究很少，而且已建立的微观模型是建立在大量假设上的，对实际的双辊连续模铸轧金属凝固组织形成过程还不能精确的再现和定量的预测，如LKT模型和KGT模型’。由于双辊1．1异质形核模型薄带连续铸轧工艺属于亚快速凝固过程，同时存在鉴于双辊薄带连铸凝固的特点，考虑到形核过注流冲击等影响。因此，目

4、前已建立的各种凝固组冷度的影响和形核的连续性以及液相流动等因素的织模拟的微观数学模型还不能精确地模拟双辊薄带影响，采用异质形核模型来描述薄带凝固过程中柱连续铸轧的凝固组织和定量预测铸轧工艺参数、金状晶前沿液相中等轴晶形核密度随过冷度的变化规属凝固参数对凝固微观组织的影响。律。采用Rappazz提出的连续形核模型_9。，该模本工作通过引入异质形核模型、修正的KGT枝型考虑了在给定过冷度下，形核总数是形核分布函晶生长模型以及柱状晶等轴晶竞争转变(CET)模数的积分，可用连续形核分布dn／d(At)来描述随型，对双辊连续铸轧薄带凝固组织形成的微观机理着合金过冷度增大而增加的晶粒密度，

5、所以在给定进行了研究。同时，基于元胞自动机(CA)理论建立过冷度下，晶粒密度可表示为分布函数的积分：收稿日期：2012-07-07；修订日期：2011-02-02凡(△)Jo-d(AT)(1)基金项目：新国家自然科学联合基金(u0837601)，新国家基=_=Ns金号(50874054)，云南省创新团队(2009C1003)，云南省自然~2△-ex：p[【一专亏(‘)]科学基金(2008CD087)(2)作者简介：陈守东(1987一)，男，硕士研究生，研究方向为材料成型技术及理论，(E．mail)chenshoudongl987@163．oom式中n(△)为过冷度为△时的晶核密

6、度；AT=TL通讯作者：陈敬超，教授，研究方向：金属材料及复合材料制—(．为液相线温度)；N为总的初始形核质点备技术与基础理论，(E．mail)cjingchao@hotmail．COB。密度；A，A为合金的最大形核过冷度和标准方36航空材料学报第32卷差过冷度。其中Ⅳ，△，△可由差热分析(DTA)(t)≤f2(13)实验确定。双辊表面形核和液相内部体积形核分别式中=0．49=0．0049，fs(t)为某一时刻柱状晶采用两种不同的形核分布函数来处理，形核模型的前沿等轴晶的固相分数，它的大小与形核密度n建立主要是为了计算形核密度(t)。(t)，晶粒尺寸R(t)及等轴晶粒的内部固相

7、体积率1．2枝晶生长的动力学模型(t)有关，可表示为：双辊薄带连续铸轧是具有定向凝固性质的亚快(f)=n()·÷1T()·()(14)速凝固过程，相对于快速凝固过程，枝晶的生长速率不是很高，合金的生长动力学系数很大，可忽略枝晶式中(t)和R(t)由形核、生长模型计算，而(t)尖端的动力学过冷度(△)。同时，凝固在准平衡则可以表示为：状态下进行，可以假设合金的平衡分配系数、液相中()=(15)溶质的扩散系数保持不变，可忽略枝晶尖端的热过2基于元胞自动机(CA)的凝固组织冷度(AT)。因此可以对