一种孕育合金晶粒组织数值预测方法技术

本发明专利技术涉及一种孕育合金晶粒组织数值预测的方法，属于晶粒组织的仿真预测方法。本发明专利技术为了解决现有技术中孕育合金晶粒组织数值预测中三维宏观场的计算效率不高、无法准确预测晶粒组织的缺点，而提出一种孕育合金晶粒组织数值预测的方法，包括：对铸造系统进行宏观尺度网格剖分；对于所有非铸件网格，计算能量守恒方程，获得温度场分布；对于所有铸件的网格，计算能量守恒方程和成分守恒方程；对于铸件网格，计算动量守恒方程；采用元胞自动机法进行晶粒组织模拟，得到当前时刻的铸件内晶粒组织分布；重复上述步骤，直至所有铸件网格所对应的固相分数为1；最终输出铸件内晶粒组织分布。本发明专利技术适用于孕育合金晶粒组织的仿真及数值预测。

A numerical method for predicting grain structure in inoculated alloys

The present invention relates to a numerical prediction method for pregnant alloy grain structure, and belongs to the simulation prediction method of grain structure. The present invention in order to solve the existing technology in computational efficiency breeding microstructure numerical prediction of three-dimensional macroscopic field is not high, can not accurately predict the microstructure defects, and puts forward a method, numerical prediction of the microstructure of the alloy were bred for casting system including: macro scale mesh; for all non casting grid, calculation equation energy conservation, temperature field; for all grid casting, calculated the energy conservation equation and component conservation equations; for the casting grid, calculation of momentum conservation equation; for grain structure is simulated by cellular automaton method, get the current grain distribution in the castings; repeat the above steps until all the corresponding casting grid the solid fraction is 1; the final output of grain distribution in casting. The invention is suitable for the simulation and numerical prediction of the grain structure of the inoculated alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种孕育合金晶粒组织数值预测方法
本专利技术涉及一种孕育合金晶粒组织数值预测方法，属于晶粒组织的仿真预测方法。
技术介绍
晶粒组织是评价铸造产品性能的重要指标。铸造产品的使用性能根据晶粒组织的差别会呈现显著变化。表征晶粒组织的参量如晶粒大小、晶粒形态、晶粒分布均匀度对铸造产品的机械性能和物理性能有着强烈影响。呈圆柱状的晶粒称为柱状晶，其特点为晶界面积小、位向一致。具有大量柱状晶组织的铸造产品性能具有明显的方向性，沿着柱状晶生长方向的性能好且垂直于柱状晶生长方向的性能差，同时柱状晶生长前沿为气体和第二相杂质富集区，该区域极易产生热裂。呈近圆形状的晶粒称为等轴晶，相比于柱状晶，等轴晶晶粒之间位向随机分布，因此铸造产品的性能更均匀稳定。等轴晶尺寸小、个数多、晶界面积大，晶界面积大促使杂质和缩松缺陷分布更加离散，避免形成杂质和缩松缺陷聚集区。采用钢铁材料和塑性较差的有色金属材料制备铸造产品时希望获得全部细小等轴晶组织，从而提高产品塑性和抗腐蚀性。目前细化晶粒组织的主要手段为孕育处理，即向金属液中添加孕育剂达到细化晶粒的目的。细化剂加入后对合金的细化程度受很多因素影响，如冷却条件、合金浇注时的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种孕育合金晶粒组织数值预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：对铸造系统进行宏观尺度网格剖分，将铸造系统划分为标号为(i,j,k)

【技术特征摘要】
1.一种孕育合金晶粒组织数值预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：对铸造系统进行宏观尺度网格剖分，将铸造系统划分为标号为(i,j,k)chan的若干网格，i、j、k分别表示沿X轴、Y轴、Z轴的坐标分量，其中X轴、Y轴、Z轴为相互正交的任意坐标轴；chan表示网格的类型；步骤二：对于所有类型不为“铸件”的网格，计算能量守恒方程，获得温度场分布；步骤三：对于所有类型为“铸件”的网格，计算能量守恒方程和成分守恒方程，得到温度场以及成分场；步骤四：对于所有类型为“铸件”的网格，计算动量守恒方程，得到网格中的金属液流动速度；步骤五：采用元胞自动机法进行晶粒组织模拟，得到当前时刻的铸件内晶粒组织分布；步骤六：重复步骤二至步骤五，直至所有类型为“铸件”的网格所对应的固相分数为1；最终输出铸件内晶粒组织分布。2.根据权利要求1所述的孕育合金晶粒组织数值预测方法，其中，所述铸造系统在X轴、Y轴、Z轴方向上的最小值分别为Xmin、Ymin、Zmin，在X轴、Y轴、Z轴方向上的最大值分别为Xmax、Ymax、Zmax，其特征在于，所述步骤一具体为：步骤一一：选取需要模拟的晶粒组织的截面S1、第一辅助平面S2、第二辅助平面S3以及坐标轴；选取的方法为：若选取垂直于Z轴且所处位置为Zs1的平面，则截面S1在X轴方向和Y轴方向采用的网格剖分步长分别为Δx1和Δy1；以S1为基准面，平行于S1截面且沿着Z轴正方向、距S1截面的距离为δ米的截面为S2，平行于S1截面且沿着Z轴负方向、距S1截面为δ米的界面为S3；垂直于Z轴且分别平行于S2和S3截面且位于S2和S3截面之间，每隔Δz1米选取一个截面，所述选取的截面以及截面S2和截面S3的网格剖分步长均为Δx1米和Δy1米；垂直于Z轴、平行于S1截面且与S1截面之间的距离大于δ米的其他截面的剖分步长为Δx2米和Δy2米，沿着Z轴的剖分步长为Δz2米；若选取垂直于X轴且所处位置为Xs1的平面，则截面S1在Y轴方向和Z轴方向采用的网格剖分步长分别为Δy1和Δz1；以S1为基准面，平行于S1截面且沿着X轴正方向、距S1截面的距离为δ米的截面为S2，平行于S1截面且沿着X轴负方向、距S1截面为δ米的界面为S3；垂直于X轴且分别平行于S2和S3截面且位于S2和S3截面之间，每隔Δx1米选取一个截面，所述选取的截面以及截面S2和截面S3的网格剖分步长均为Δy1米和Δz1米；垂直于X轴、平行于S1截面且与S1截面之间的距离大于δ米的其他截面的剖分步长为Δy2米和Δz2米，沿着X轴的剖分步长为Δz2米；若选取垂直于Y轴且所处位置为Ys1的平面，则截面S1在Y轴方向和Z轴方向采用的网格剖分步长分别为Δz1和Δx1；以S1为基准面，平行于S1截面且沿着Y轴正方向、距S1截面的距离为δ米的截面为S2，平行于S1截面且沿着Y轴负方向、距S1截面为δ米的界面为S3；垂直于Y轴且分别平行于S2和S3截面且位于S2和S3截面之间，每隔Δy1米选取一个截面，所述选取的截面以及截面S2和截面S3的网格剖分步长均为Δz1米和Δx1米；垂直于Y轴、平行于S1截面且与S1截面之间的距离大于δ米的其他截面的剖分步长为Δz2米和Δx2米，沿着X轴的剖分步长为Δy2米；步骤一二：按照步骤一一划分完成的每个网格的标号记为(i,j,k)chan，其中chan＝0表示铸件网格，i、j、k均为整数；i的取值范围是1～M,j的取值范围是1～N,k的取值范围是1～L；若截面S1垂直于Z轴则若截面S1垂直于X轴，则若截面S1垂直于Y轴，则3.根据权利要求2所述的孕育合金晶粒组织数值预测方法，其特征在于，步骤一二中，δ＝0.006；若选取垂直于Z轴且所处位置为Zs1的平面，则Δx1＝Δy1，Δz1＝0.002m，Δx2＝3Δx1，Δy2＝3Δy1；Δz2＝3Δz1；若选取垂直于X轴且所处位置为Xs1的平面，则Δy1＝Δz1，Δx1＝0.002m，Δz2＝3Δz1，Δy2＝3Δy1；Δx2＝3Δx1；若选取垂直于Y轴且所处位置为Ys1的平面，则Δz1＝Δx1，Δy1＝0.002m，Δz2＝3Δz1，Δx2＝3Δx1；Δy2＝3Δy1。4.根据权利要求3所述的孕育合金晶粒组织数值预测方法，其特征在于，步骤一二中，chan＝1表示砂型网格，chan＝2表示金属铸型网格，chan＝4表示内冷铁网格，chan＝5表示外冷铁网格，chan＝6表示冒口套网格，chan＝7表示保温材料网格，chan＝8表示绝热材料网格。5.根据权利要求4所述的孕育合金晶粒组织数值预测方法，其特征在于，步骤二具体为：对于所有类型不为“铸件”的网格，根据如下公式计算能量守恒方程，获得温度场分布：[H]＝cpT其中cp为比热，ρm为密度，λm为导热系数，t为时间，T为温度,[H]为热焓。6.根据权利要求5所述的孕育合金晶粒组织数值预测方法，其特征在于，步骤三具体为：对于所有类型为“铸件”的网格，根据如下公式计算能量守恒方程和成分守恒方程，得到温度场以及成分场；能量守恒方程为：hs＝cpThl＝cpT+ΔH其中hs和hl分别为固相和液相热焓，λl为液体导热系数，ΔH为结晶潜热，Ts固相线温度，Tl液相线温度，Ul液体流动速度,fl为液相分数；成分守恒方程为：Cmix＝fsCs+flClCl＝(Co+Cl*)/2Cs＝kp·Cl其中Cmix为混合成分，Cl为平均液相成分，Cl*为固液界面处...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东戎，任莹，朱泓宇，郭二军，马宝霞，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23