热型连铸铜单晶凝固组织形成的模拟研究

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1、学科：研究生指导教热型连铸铜单晶凝固组织形成的模拟研究摘要本文分析了金属凝固过程微观组织模拟从确定性模型、概率模型到相场法的发展过程和方法，以及各种模型存在的问题，并利用CellularAutomation(元胞自动机)，简称CA法，模拟了热型连铸凝固过程微观组织的演化过程。对单晶连铸生产单晶铜线材的生产过程中晶粒演化过程进行模拟，可跟踪显示晶体转变过程，定量预测晶粒形貌和晶粒度，得到工艺参数之间的合理匹配，进而通过改变工艺参数，获得理想的显微组织。文中通过分析单晶连铸的生产工艺过程，建立了数学物理模型，使用CA法模拟出了单晶铜组织演变过程和各个工艺因素

2、对演变结果的影响，并将模拟结果与实验结果进行了比较分析。模拟结果表明单晶组织的演化是依靠晶体竞争生长过程完成的；热型连铸中固一液界面的形状和位置对单晶演化过程有着非常重要的影响：模拟结果与实验结果相相符情况良好。对单晶连铸的温度场进行了模拟计算，分析了主要工艺参数对固一液界面形状和位置的影响。研究表明，连铸速度和冷却条件对固一液界面形状和位置影响显著，铸型温度影响次之，熔体温度对固一液界面形状和位置影响不显著。随着连铸速度的增大，固一液界面的位置从铸型内部逐渐向铸型外移动，界面形状因子变小，固一液界面的凸起趋势减小、变平。随着冷却距离增大，固一液界面迅速

3、向远离铸型的方向移动，界面形状趋近于平面，说明随着冷却距离的增大，冷却能力迅速下降，不利于单晶的演化。随着铸型温度提高，固一液界面的位置向着远离铸型的方向移动，并且固一液界面的形状逐步趋于平坦，当铸型温度到一定范围时，容易发生会属液的泄漏。因此铸型温度过高时，会对连铸过程不利。关键词：：热型连铸；单晶铜线材；CA法；数值模拟：组织演变NumericalSimulationfortheStructuresofHeatedMouldContinuousCastingSingleCrystalCopperinSolidificationProcessesDis

4、cipline：MaterialsProcessingEngineeringStudentSignature：SupervisorSignature：。k沈批卜Ⅺ∥AbstractThedevelopmentandshortcomingsofthestructuresimulationmodelsinmetalsolidificationprocess，involvingthedeterministicmodel，theprobabilitymodelandthephasefieldmodel，havebeenreviewed，andthemicrost

5、ructureevolutioninsolidificationprocessofheatedmouldcontinuouscasting(HMCC)issimulatedbycellularautomation(CA)model．BysimulatingtheprocessofgrainnucleationandgrowthofsinglecrystalcopperwiresmanufacturedbyHMCC，thetransformationprocessfromliquidtosolidcanbetraced，thegrainshapeandsi

6、zecanbequantitativelypredicted，andtheperfectstructurecouldbeobtainedbyadjustingthetechnologicalparameters．Onthebasisofanalyzingthemanufactureprocessofsignalcrystalcontinuouscasting，thecorrespondingmathematicalphysicsmodelhasbeenestablishedandthemicrostructureevolutionofsinglecrys

7、talcopperinsolidificationprocessandtheeffectsofthetechnologicalparametersonsimulationresultshavebeenconductedbyCAmodel．Moreoverthedifferencebetweenthesimulationresultsandtheexperimentalresultshasbeencomparedandanalyzed．Thesimulationresultsshowthatthecrystalcompetitivegrowthisthem

8、echanismofsinglecrystalstructureevolutio