CAFF法形核参数对Mg-Y-Zn-Mn-Ca合金凝固组织的影响.pdf

《CAFF法形核参数对Mg-Y-Zn-Mn-Ca合金凝固组织的影响.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、试验研究Test&ResearchCAFF法形核参数对Mg-Y-Zn-Mn-Ca合金凝固组织的影响马晓龙，潘龙伟，宗喜梅，牛晓峰，张金山（太原理工大学，山西太原030024）摘要：应用CAFE法与实验相结合的方法，对Mg-Y-Zn-Mn-Ca合金凝固组织进行了模拟研究，确定出了该合金凝固组织模拟的数学模型，同时研究了形核参数（∆Tv,max、∆Tv,σ、nv,max）对合金凝固组织的影响.结果表明，∆Tv,max越大，nv,max越小，晶粒生长越粗大，∆Tv,σ主要控制晶粒的大小区域，随着其增大，大晶粒区域增13-3加.当形核参数分别为∆Tv,max=10K、∆Tv,σ=1K、nv,m

2、ax=2×10m时，模拟得到的凝固组织几乎全部为细小的等轴晶，晶粒平均尺寸为约32.25μm，实验中得到的晶粒平均尺寸约为29.76μm.计算得到的凝固组织与实验结果基本吻合.关键词：CAFE法；形核参数；Mg-Y-Zn-Mn-Ca合金；凝固组织中图分类号：TG146.22；文献标识码：A；文章编号:1006-9658（2017）04-0024-04DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2017.04.0070引言法，其中运用CAFE法处理形核与晶粒长大过程，[6]凝固过程中形成的组织特性对后续加工和最同时也可以模拟晶粒的竞争生长。国内外运用终材料的性能有很大的影响

3、，因此对金属凝固组织CAFE法对不同的钢种、铝合金以及少部分镁合金的研究，成为了各国学者感兴趣的热门领域之一[1-进行了凝固组织模拟，得到的结果和实验结果吻合3]。凝固过程的微观组织模拟是指在晶粒尺度上对良好。但目前依然对Mg-Y-Zn-Mn-Ca合金凝固组铸件凝固过程进行模拟研究，铸件凝固过程的组织织模拟研究报道甚少。模拟和做一部分实验可以预测铸件凝固组织和力本文中通过对实验得到的合金铸锭进行研究，学性能。因此在忽略对流和偏析的条件下模拟镁得到了合金的微观组织。运用ProCAST软件中的合金凝固微观组织得到了广泛的关注[4]，多元镁合CAFE模块对合金的微观组织进行模拟，研究了平金的

4、CAFE模型有望成为控制和改善镁合金凝固均形核过冷度、形核密度和形核过冷度标准方差对组织的经济有效途径。铸件微观组织的影响，并与实验结果进行对比，确为了控制凝固过程中合金的微观组织，必须掌定出合适的形核参数。握过程参数和微观现象来控制晶粒的形核和生长，在这方面数值模拟是比较好的研究手段[5]。微观1CAFE模型组织模拟主要有确定性方法、元胞自动机法和相场1.1宏观模型(1)质量守恒方程：∂ρ∂(ρu)∂(ρv)∂(ρw)基金项目：国家自然科学基金项目(Nos.50571073和51474153)；国+++=0（1）∂t∂x∂y∂z家教育部博士点基金资助项目(20111402110004

5、)；山西省科学基金(2009011028-3，2012011022-1)(2)能量守恒方程：收稿日期:2017-02-29稿件编号:1702-1679作者简介：马晓龙(1990—），男，在读硕士，主要研究方向是镁合金材料、铸造及仿真；通讯作者：张金山（1955—），男，教授，（2）博士研究生导师，主要从事镁铝合金长周期及准晶与应用研究.24中国铸造装备与技术4∕2017Test&Research试验研究式中，u、v、w分别为x、y、z方向上的速度分量，的坩埚中，在熔炼炉中通入惰性气进行保护，惰性气m/s；μ为绝对黏度，Pa•s；t为时间，s；ρ为密度，体是CH2FCF3和N2的混合保护

6、气体。并调节温控3[7，8]kg/m。装置升温至700℃保温15min，待镁块熔化之后，在1.2微观模型此温度下加入Zn并添加覆盖剂。将炉温升到750℃，(1)异质形核模型：分别加入Y、Mn、Ca，添加覆盖剂同时保温20min。用连续非离散的分布函数来描述晶粒密度的降至炉温到730℃，在此温度下加入精炼剂并变化，其中dn是由过冷度的增加引起的晶粒密度搅拌，升温至750℃保温20min，待熔炼炉的温度的增加。是由下式的高斯分布确定的：降到730℃时进行浇注，同时进行扒渣。将合金液浇注到预热好的45#钢锭模中，充型过程是瞬间完（3）成的。在空气中自然冷却至室温,通过实验得到尺寸为φ40mm

7、×140mm的铸件，截取铸件中部区在某一过冷度下公式(3)可用下式表示：域厚度约为10mm的试样。用不同型号的砂纸对（4）试样的上表面进行磨制，然后在抛光机上对其进行抛光处理。之后用1%的硝酸酒精进行腐蚀，然后式中，n和∆T分别为晶粒密度和过冷度，nmax、用酒精冲洗，吹风机烘干。用金相显微镜对其进行σ∆T和∆Tmax分别为最大形核密度、标准偏差和最[9]拍摄，其铸态情况下的金相组织如图1所示。大形核过冷度。(2)枝晶尖端生长动力学模型：模型中