Al-Cu合金凝固微观组织的三维模拟及优化  

Three-dimensional numerical simulation and optimization of solidification structure of Al-Cu alloy

作　　者：卜晓兵[1,2] 李落星[1,2] 张立强[2] 朱必武[2] 王水平[2] 

机构地区：[1]湖南大学汽车车身先进设计与制造国家重点实验室,长沙410082 [2]湖南大学材料科学与工程学院,长沙410082

出　　处：《中国有色金属学报》2011年第9期2195-2201,共7页The Chinese Journal of Nonferrous Metals

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51075132);湖南省杰出青年基金资助项目(09JJ1007);高等学院博士点专相科研基金资助项目(20090161110027);湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主研究课题项目(60870005)

摘　　要：采用CA-FE模型,对同一铸件不同尺寸的Al-2%Cu合金凝固微观组织进行三维模拟及预测,并引入空位形成能对固相扩散系数进行了优化。结果表明,当铸件直径分别为20、40和60 mm时,柱状晶占总晶体比率分别为65.2%、52.1%和21.4%,逐渐减少,而等轴晶所占比率逐渐增加;当换热系数由500 W/(m2.K)增大到5 000 W/(m2.K)时,同一铸件中不同直径的铸件凝固组织中柱状晶组织比例显著增大。模拟结果与实验结果吻合较好,能够较为准确地反映等轴晶和柱状晶的分布位置、比例和大小。A 3D cellular automaton-finite element（CA-FE） method was used to predict the solidification structure of Al-Cu alloy at different casting radii,and optimized the solution diffusion coefficient in solid phase.The results show that when the casting radius changes from 10 mm to 30 mm,the proportion of columnar grains changes from 65.2% to 21.4%.With increasing heat transfer coefficient from 500 W/（m2-K） to 5 000 W/（m2-K）,the proportion of columnar grains also gradually increases.The simulated results are in accord with the experimental ones well,and can accurately reflect the distribution,proportion,size of equiaxed and columnar grains.

关 键 词：AL-CU合金 3D元胞自动机 固相 扩散系数 凝固组织 

分 类 号：TG292[金属学及工艺—铸造]