双辊连铸薄带凝固组织仿真模拟的微观模型

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1、重庆戈学学报(自热科学版)VnI24No2Mill"2001兰：文章编号：i000—582x(2001)02—002404双辊连铸薄带凝固组织仿真模拟的微观模型侯仕东，彭晓东，杨明波，潘复生(重庆戈学机械工程学院，重庆400044)摘要：在研究双辊薄带连铸工艺凝固过程的基础上，运用金属凝固的基本原理，并用现代计算机仿真技术建立了双辊连铸薄带凝固的彤棱、枝晶尖端的生长动力学、柱状晶向等轴晶生长的转变(CET)的解析模型厦仿真模型．为双辊连铸薄带凝固姐织形成的仿真模拟奠定了基础。关键词：双辊薄带连铸；仿真模拟；微观模型中图分类

2、号：TG249．7文献标识码：A双辊薄带连铸技术是冶金及材料领域内的一项前柱状晶形成并开始生长。随着液相温度不断降低，界沿技术，其特点为：简化生产工序，缩短生产周期，减少面前沿的过冷区不断增大，当柱状晶生长前沿的液相设备投资．降低生产成本，具有巨大的技术和经济潜温度达到体积内部形核温度时，中心等轴晶形核．此时力。近十多年里该技术取得了许多重大进展，但仍然柱状晶和等轴晶共同生长。随着凝固过程的进一步进未达到工业规模化生产的要求，主要问题薄带质量不行，当柱状晶生长前沿的中心等轴晶的固相体积率达稳定，而薄带的凝固组织是影响薄带质

3、量的关键因素。到临界值，或等轴晶的尺寸达到足以阻碍柱状晶生长目前国内外还不能定量地阐明双辊薄带连铸中各种工时，柱状晶停止生长，并发生柱状晶向等轴晶的转变．艺条件对薄带凝固组织的影响和等轴晶区的生成机只有等轴晶生长．直到凝固结束这种情况下薄带的制。以往对于双辊薄带凝固组织的研究主要采用实验凝固组织除有表层细等轴晶以外，还有柱状晶和中心方法得到特定条件下的凝固组织，没有把传输过程的等轴晶。如果在柱状晶的生长过程中，其生长前沿根宏观模型与显微组织形成的微观模型结合起来进行组本就不具备体积内部形核条件或即使有体积内部形核织的预测。

4、针对这一情况，笔者在宏观温度场模拟的发生，但在凝固结束前，中心等轴晶的固相体积率小于基础上．建立相应的形核模型、枝晶尖端的生长动力学临界值或其尺寸非常小，柱状晶就会将中心等轴晶吞模型、柱状晶向等轴晶的转变(CET)模型，并借鉴单元并，形成没有中心等轴晶区的薄带凝固组织。介于上自动机CA(CeUulaTAutomation)模型，建立了薄带凝述两种情况之间的是中心等轴晶的尺寸既不能大到阻固组织形成的仿真模型，为薄带凝固组织的计算机仿碍柱状晶的生长，而又不至于小到被柱状晶吞并，在这真及组织的定量预测莫定基础[1_。种情况下．就

5、会形成具有混晶结构的薄带凝固组织。由于表层细等轴晶区很薄，在微观模拟中，认为液1双辊薄带连铸的凝固过程态金属在双辊表面受到激冷而形核．然后沿最大热流在双辊薄带连铸过程中，当液态金属浇人一对反方向直接开始柱状晶的生长，忽略了表层等轴晶的影向旋转的水冷结晶辊之问时，受水冷结晶辊的激冷作响。用，在表面形核，产生大量的结晶晶核，这些结晶晶核2双辊连铸薄带凝固组织形成的解析模型的迅速繁衍和生长，在双辊表面形成一薄层细等轴晶区c由于双辊表面具有一定的强制热流，随着凝固的双辊连铸薄带凝固组织形成的解析模型包括形核不断进行，晶核在与热流相

6、反的方向上发生择优生长，模型、枝晶尖端的生长动力学模型、柱状晶向等轴的转·收稿日期：2000一10一加基金项目：国家自然科学基金(5999544o)．重庆市科委应用基础研究资助项目作者筒彳r：侯仕东(1975一)．男，!~JJI闻中人，重庆大学硕士生。主要从事材料加工工程的研究。弟24卷弟2期侯仕表等：双辊连锌薄带凝田蛆奴仿真模拟的蕾砚模型变(CET)模型。在枝晶生长过程中起主要作用，凝固在平衡状态下进2．1形馈模型行；随着凝固速率的提高，进人中等生长速率范围，由采用Rappaz提出的连续形核模型[，该模型考于枝晶间距及枝

7、晶尖端半径的减小，曲率效应变成了虑了形核过冷度的影响和形核的连续性，具有较强的制约因素，但在这个速率范围内凝固界面的溶质原子实用性。该模型的基本假设为：1)忽略枝晶破碎和液迁移仍能达到平衡，但液相内部的扩散不能充分进行，相表面氧化等形成的核心对形核的影响；2)忽略液相处于近平衡凝固状态，当凝固速率进一步增大，进入快流动对凝固形核的影响。根据Rappaz的连续形核模速凝固速率范围。枝晶间距及枝晶尖端的半径进一步型，在给定过冷度下，形核总数是形核分布函数的积减小，曲率效应的作用更加明显．液相中的溶质原子来分。其数学表达式如下：

8、不及充分扩散，凝固界面上的溶质原子迁移偏离平衡，，AT凝固在非平衡状态下进行。T)=Jd(AT)(1)KGT模型常用于描述合金快速凝固过程中强制性枝晶尖端的生长，该模型是在纯扩散条件下用dn丽『1fAT一△丁Ⅳ＼⋯【一I—』Ivanstov方法求解枝晶尖端的浓度场并与稳定性判据旺，．相结合的基础上建立的