[发明专利]一种铸件宏观偏析数值模拟的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸件中宏观偏析模拟的方法。

背景技术

铸件的宏观偏析主要是指铸件内部的化学成分不均匀，并由此导致的铸件内部在组织结构和性能方面的不均匀性。这种不均匀性降低了铸件的冲击韧性和塑性，增加了热裂倾向，有时还导致铸件难于加工或铸件废品率高。对于在空气中或在腐蚀介质中工作的铸件，宏观偏析部位更容易遭受腐蚀破坏。因此利用计算机模拟的方法准确预测铸件中宏观偏析形成，为科学确定铸造工艺并寻找减小宏观偏析程度的工艺措施提供参数选择和理论指导。

合金的凝固是一个包含着宏观范畴(10^-2-1m)热、溶质、动量传输与微观范畴(10^-4-10^-2m)晶粒形核长大的复杂物理过程。对宏观尺度上宏观偏析形成行为的准确描述需要微观组织的信息(二次枝晶臂间距SDAS)。目前广泛使用的经典混合理论的缺点是因忽略凝固组织变化而过高估计枝晶间液体流动速度；固-液两相流模型考虑了凝固组织变化对宏观偏析的影响，但存在的问题是没有考虑组织形成过程中的随机现象(随机形核、随机结晶取向)，多个变量之间需要进行高强度的迭代耦合求解，因此计算时间长，不适合预测大尺寸或形状复杂的铸件中宏观偏析形成。这就要求所开发的宏观偏析数值模拟方法不但要考虑微观组织形成对宏观偏析的影响，还要具有较高的计算效率，这在实际应用方面均具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种铸件宏观偏析数值模拟的方法，以解决目前宏观偏析计算时间长、精度低且不适合预测大尺寸或形状复杂的铸件中宏观偏析形成的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述方法包括如下步骤：

步骤一、将枝晶生长计算域进行微观尺度网格剖分，剖分为n×m个网格；计算域为长方形，计算域面积(X米×Y米)和网格剖分个数的选择需满足网格的面积Δy·Δx≤25×10^-12(米)²；

步骤二、确定最大形核密度NU_max和最大形核过冷度ΔT_max；

步骤二(一)、一个凝固时间t下，基于高斯连续形核分布原理，采用双曲余弦函数计算微观尺度计算域内形核质点个数MU(t)：

ΔT(t)=Tl-T·×t]]>

MU(t)=NUmax2[tanh(ΔT(t)-ΔTmax1.25)+tanh(ΔTmax1.25)]·X·Y]]>

其中ΔT(t)为过冷度，T_l为液相线温度，为冷却速率；