枝晶尺度溶质再分配对连续铸造凝固过程的影响教案.pdfVIP

第2 卷第3 期 热 科 学 与 技 术 Vol. 2, No. 3 2003 年9 月 Jour nal of Thermal Science and Technology Sep. 2003 : 1671-8097(2003) 03-02 15-06 1 1 2 冯妍 卉, 　张欣 欣, 　武 文 斐 ( 1. 北京科技大学机械工程学院, 北京　100083; 2.包头钢铁学院 能源与环境工程系, 内蒙古包头　014010 ) : 阐述了凝固微 尺度结构上的溶质再分配与宏观尺度传热传质现象之间的关联, 总结比较了多种微 观偏析模型, 并针对反向凝固工艺和传统的薄板坯连铸连轧( CSP) 工艺的传热传质现象进行了数值模拟。与 实验数据进行对比分析。结果表明, 微 尺度固- 液相界面上的溶质再分配对凝固宏观传输过程的影响不可 忽略。 : 凝固; 传热传质; 数值模拟; 微观偏析 : TK124 : A 固”工艺和 “CSP 薄板坯连铸”工艺的工程实际进 0 行了数值分析, 从本质上揭示了枝晶尺度溶质再 随着材料成型技术发展的需要, 合金凝固过 分配对宏观凝固过程影响的机理和作用。 程中传热传质现象的数值模拟研究取得了较大的 1 进展。数值模拟的关键在于凝固过程中温度场和 [ 1] 浓度场的耦合 , 实质上是固- 液两相区固相率 表 1 列出了国内外主要的微观偏析模型。从 (或液相率) 与温度之间的关系。其最简单的形式 表中可以看出, 平衡方程和 Scheil 方程两个模 [ 1] [3] 是固- 液两相区固相率是温度的线性函数 , 通 型 描述了枝晶尺度上质量传递的两种极端情 常称之为 “凝固率模型”。研究表明, 凝固率模型本 况, 即基于平衡凝固假设的固液相中溶质均为完 质上决定了固- 液两相区内凝固潜热的释放规 全扩散的情况(式( 1) ) 和液相中溶质完全扩散、 [2] 律 , 是相变传输过程数学模型封闭的重要补充 固相中溶质无扩散的情况( 式(2)) 。平衡方程仅适 关系式, 对凝固过程理论研究和数值模拟具有重 用于非常缓慢的理想凝固过程, Scheil 方程则适 要意义。 用于中速凝固过程。 [4] 在相界面局域热力学平衡的条件下, 应用平 Br ody 等 在Scheil 方程的基础上进一步考 衡相图和枝晶尺度上溶质再分配规律, 即能得到 虑了溶质在固相中有限扩散的影响, 引入溶质边 凝固率模型。枝晶微细尺度结构上的溶质再分配 界层厚度的概念, 建立了BF 模型(式(3) 、(4) ) 。 是凝固过程的重要伴随现象, 对凝固组织形成有 BF 模型的缺陷是对于有显著反扩散的微观偏析 着决定性影响, 溶质再分配主要是在枝晶本身和 计算结果易失真, 因此A取值不宜大于0. 7。为此 [4] 枝晶间的液相内进行, 二次枝晶间距一般为20 ～ Cly e等人 对BF 模型中的A进行了纯数学的修 [2] 100 Lm , 因此枝晶界面上溶质析出和固液相内 正, 虽缺乏物理依据但修正后的CK 模型(