等轴球晶凝固多相体系内热溶质对流、补缩流及晶粒运动的数值模拟II.模型的应用

摘要

利用等轴球晶三相凝固模型模拟了A356铝合金半固态浆料冷却斜槽法制备过程,研究了晶粒密度、尺寸以及固相分数的分布与工艺参数的关系.结果表明,在斜槽浇注处晶粒形核密度最大,在斜槽末端晶粒尺寸、固相分数最大,在铸型中这三者的最终分布大致均匀.适当降低浇注温度有助于提高斜槽上形核密度和固相分数及降低晶粒尺寸.此外,还模拟了热溶质对流及补缩流在Al-4wt％Cu等轴球晶凝固过程所起的作用.结果表明,凝固初期热对流及补缩流为主导,凝固中期热溶质对流为主导,凝固后期补缩流为主导.亦模拟研究了晶粒运动及补缩流动对Al-4wt％Cu合金自由表面和宏观偏析形成的影响,结果表明,晶粒运动受阻程度直接影响了自由表面的形状,补缩流考虑与否导致完全不同的宏观偏析图.实验测得的晶粒尺寸与模拟结果分布较相似,但其绝对值存在较大差异.