热型连铸设备研制及单晶演化过程的数值模拟

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1、热型连铸设备研制及单晶演化过程的数值模拟学科研究生签字:7H-i教师签字’严心摘要根据区域熔炼和传统热型连铸相结合的基本原理，设计制备了一台热型连铸设备(设备主体包括机械传动系统、加热保温系统和冷却系统)，克服了一般连铸设备无法生产细直径、超长度线材的缺点，成功地制出直径为"1一3mm的单品铜线材。根据热型连铸条件下微观组织的演化过程，采用宏微观祸合的方法，建立了宏观与微观统一的数学模型，模拟了热型连铸过程中晶粒的竞争生长，并根据模拟结果分析了不同工艺参数对固液界面位置形状以及晶粒演化趋势的影响。宏观温度场模

2、拟方面，采用温度补偿法处理结晶潜热，用内节点交替方向隐式差分法求解温度场;微观组织模拟方面，应用高斯形核模型和MonteCarlo(MC)法相接合的手段处理形核问题，考虑了晶粒形核的择优取向因素，以及形核位置的随机性，从而使得模拟组织图像与实验观察结果更吻合。假设晶粒的生长形状呈四边形，并具有一定的择优取向，基于这样的假设，提出了修正的CellularAutomaton(CA)晶粒生长模拟技术。通过判断点(单元)与四边形(晶粒)的位置关系，建立了简单的晶粒生长局部演变规则，克服了Rappaz提出的Cellul

3、arAutomaton技术必须矫正晶向的不足。枝晶尖端(四边形的顶点)生长动力学采用KGf(Kurz,Giovanola,Trivedi)模型计算。根据热型连铸的特点，提出动态宏微观的祸合算法，该算法根据凝固界面的推进动态地确定微观模拟的区域，大大地提高了计算效率。模拟结果表明:利用连续准瞬时形核模型和CA模型对单晶演化过程进行数值模拟是成功的，模拟结果与实际热型连铸所得结果吻合很好;工艺参数的改变虽然可以加强或减弱晶粒演化的速度，但它们的变化并不会对晶粒演化的总体趋势造成影响，即在热型连铸条件下，晶粒的演化

4、必然要发生，改变工艺参数只会增加或缩短铸件从多晶演化到单晶的时间;铸型出口温度、冷却条件和连铸速度依次为影响单晶演化的主要因素，型内金属液温度对单晶演化的影响并不明显。关键词:热型连铸;微观组织;数值模拟;温度场;晶粒演化:CA模型StudyonDevelopingaNewTypeofEquipmentforOhnoContinuousCastingTechniqueandNumericalSimulationoftheSingleCrystalEvolutionDiscipline:MaterialProc

5、essingEngineeringStudentSignature:k}211(油犷SupervisorSignature:渺抓ABSTRACTBasedontheprincipleofareameltingcombinedwithordinaryOhnoContinuousCastingtechnique,anewtypeofequipmentforOhnoContinuousCasting(theequipmentincludesmechanicaldrive,systemofheating,preser

6、vationandcooling),hasbeensuccessfullydevelopedinthepresentwork.Thelimitationtoproducethesinglecrystalwireswithveryfinediameterandinfinitelengthhasbeenovercome.Thesinglecrystalwireswiththediameterof沪1一3mmhavebeenproducedinthedevelopednewtypeofequipment.Accor

7、dingtotheprocessofmicrostructureevolutioninOhnoContinuousCasting,themacro-microstructuremodelofmicrostructuresimulationofOhnoContinuousCastinghasbeendeveloped.UsingthemodelwehavestudiedthecrystalcompetentgrowthinOhnoContinuousCastingprocess,andtheinfluences

8、fromdiferentparametersontheshapeandpositionofliquid-solidinterface,andthestructureevolutionofsinglecrystal.Atthemacroscopiclevel,thelatentheatquestionhasbeensolvedbyuseoftemperaturecompensation,andthet