一种可实现钢凝固枝晶生长和偏析的三维预测方法技术

一种可实现钢凝固枝晶生长和偏析的三维预测方法，所属冶金连铸技术领域，制备方法包括，收集待研究钢材的物性参数、各成分所占比重数据；计算三维相场及溶质场的控制方程：编写三维基于相场法计算的程序代码；将程序计算结果数据写入Tecplot可读文件，由Tecplot打开得到相场及溶质场的三维图像，不同计算时间的三维图像组合得到钢液中晶粒竞争生长过程。本发明专利技术方法将形核、长大、溶质扩散等机理引入数值模拟中，不仅能够真实地再现钢液凝固过程中晶粒竞争生长的微观形貌，而且能够准确预测晶粒竞争生长过程中的溶质再分配现象，提高钢液凝固过程中晶粒竞争生长预测的精准度。凝固过程中晶粒竞争生长预测的精准度。凝固过程中晶粒竞争生长预测的精准度。

【技术实现步骤摘要】
一种可实现钢凝固枝晶生长和偏析的三维预测方法


[0001]本专利技术属于冶金连铸
，特别涉及一种可实现钢凝固枝晶生长和偏析的三维预测方法。

技术介绍

[0002]钢材作为一种重要的材料，是人类赖以生存和发展的物质基础，其与社会的各个领域都有着及其密切的联系。而钢液在冷却作用下逐渐凝固成型，这个凝固过程是一个宏微观均极为复杂的过程，而在这个过程中存在晶粒的竞争生长现象。晶粒竞争生长是材料微观组织演化过程中普遍存在的现象，不同组织间(包括相、枝晶、晶粒等)均可能存在竞争生长，这些竞争作用对最终微观组织的形成具有重要影响，进而影响产品的最终服役性能。凝固过程的潜热释放和表面张力之间的竞争结果表现为复杂晶粒组织的形成，因此，晶粒之间的竞争机制的解释和模拟成为很多研究的中心。深入地了解晶粒的生长过程中组织演变的规律以及动力学参数的变化对于制定合理的工艺流程、适当的反应条件，预测钢液凝固过程中多个不同方向生长的晶粒的相互竞争生长的过程，分析了温度和溶质分布对晶粒组织形貌的影响机制，将在减轻偏析、提升铸坯内部质量中发挥重要作用，为提高工业生产效率提供参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可实现钢凝固枝晶生长和偏析的三维预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：收集待研究钢材的物性参数、各成分所占比重数据；所述物性参数包括液相线斜率、熔点温度和摩尔体积；步骤2：根据收集的物性参数数据及三维相场法模型，计算三维相场的控制方程、溶质场的控制方程：步骤2.1：基于三维相场法模型，计算三维相场的控制方程；步骤2.2：采用自由能密度的形式，计算与相场的控制方程相耦合的三维溶质场扩散方程，然后带入计算三维溶质场的控制方程；步骤3：利用Visual C++语言编写求解三维相场控制方程的程序代码，并设定边界条件及控制条件；基于交互式大型工程测试和复杂数值计算结果的可视化工具Tecplot，采用Visual C++自行编程将计算结果数据转换成Tecplot标准输入文件，实现相场法微观组织模拟的可视化；计算完成后将所有节点的相场变量及浓度数据写在Tecplot可读文件中，打开Tecplot可读文件可以得到直观的相场及溶质场的三维图像，将不同计算时间步长的相场及溶质场的三维图像组合得到多个晶粒在钢液凝固过程中的竞争生长过程。2.根据权利要求1所述的一种可实现钢凝固枝晶生长和偏析的三维预测方法，其特征在于，步骤2.1中，所述基于三维相场法模型，计算三维相场的控制方程为：其中，
▽
为梯度，φ为相场变量，t为时间，分别为φ对x、y、z的一阶偏导，
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φ为φ的哈密顿算子，μ是无量纲温度，m＝μσT
m
/DL为无量纲界面动力学系数，ω为界面厚度，n为界面法线向量；ε为各向异性参数：式(2)中，ε0为各向异性系数，ε0∈[0,1]，

【专利技术属性】
技术研发人员：罗森，郭雅琪，王鹏，朱苗勇，王卫领，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：