Al-Si二元合金凝固过程的耦合模拟

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1、A1．Si二元合金凝固过程的耦合模拟摘要凝固过程及其对微观组织的准确预测对于改善工艺条件，获得需要的合金组织及性能，具有很强的工程应用背景及理论研究价值。金属凝固组织的形成受诸多宏微观因素的影响，对于凝固组织数值的准确预测能够深刻理解和掌握晶体生长过程的规律，进而对金属制品性能进行有效预测和控制。为更好地阐明凝固过程中宏观流动、传热、溶质传输与微观形核、生长过程的相互作用规律，本文建立了平衡凝固条件下二元A1．Si合金凝固过程二维宏微观双向耦合数学模型，综合考虑了流场下晶体逆流生长特性，温降导致的形核、生长过程，以及形核、生长引起的固相率变化对宏观场的影响。该耦合模

2、型能够模拟凝固过程中温度的回复过程，反映合金液流动对合金的溶质分布以及凝固组织形貌的作用规律。本研究还同时考察了冷却速率和形核参数对凝固组织形貌的影响。关键词：流动；凝固传热；溶质分布；晶体生长；元胞自动机耦合模型▲-，参NumericalSimulationonSolidificationMorphologiesofAl--SiAlloyAbstractAccuratepredictionmicrostructureofsolidificationprocesstoimprovetheconditionsandgettheneedsoforganizationsa

3、ndtheperformanceofalloyhasastrongengineeringbackgroundandthevalueoftheoreticalresearch．Anumberofmacro．microfactorsCanaffectthesolidificationstructure，accuratelypredictthesolidificationstructureCandeepunderstandingandmasteringthelawoftheprocessofcrystalgrowthandeffectivepredictionandcon

4、tr01．Inordertobetterclarifytheinteractionofsolidificationprocessundermacro-flow，heattransfer,solutetransportandmicro—nucleation，growthprocess．Thisarticleestablishmenttwo．dimensionalmicro-macromodel，consideringtheflowfieldunderthecurrentcrystalgrowthcharacteristics，temperaturedropcaused

5、bythenucleation，growthprocess，aswellasthenucleation，growthimpactofsolidfractioninmacrofield．ThecoupledmodelCansimulatetheretumprocessoftemperatureduringthesolidificationprocess，thelawofflowandsoluteaffectonsolidificationmorphology．Thisstudyalsoinvestigatedthecoolingrateandnucleationpar

6、ametersonthemorphologyofsolidificationstructure．Keywords：flow；solidificationandheattransfer；solutedistribution；crystalgrowth；coupledcellularautomationmodel—III—-t东北大学硕士学位论文目录目录独创性声明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I摘要⋯．．．⋯⋯⋯⋯．．．．⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．．IIAbstract．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

7、．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．III第一章绪论．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．11．1建立宏微观耦合模型的意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2宏观模型的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l1．3微观模型的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31．3．1形核模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31．3．2生长动力学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．61．3．3微观偏析模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．121．3．4微观组织模拟方