[發明專利]一種鑄錠中宏觀偏析及析出夾雜物的預測模擬方法

在審

• 申請號: 202210435948.4
• 申請日: 2022-04-24
• 公開（公告）號: CN114722626A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 李軍;夏明許;曾龍;李建國
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/13;G06F119/08
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

1.一種鑄錠中宏觀偏析及析出夾雜物的預測模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、設置鑄錠凝固的計算邊界條件，初始化計算初始條件；

步驟2、獲取金屬材料和夾雜物的熱物性參數；

步驟3、獲取所述夾雜物的形核熱力學條件；

步驟4、計算求解所述金屬材料凝固時所需的質量、動量、能量、溶質傳輸；

步驟5、開始循環，計算每個單元的溫度梯度，確定柱狀晶、等軸晶的生長區域，耦合求解所述金屬材料的液相、所述等軸晶中固相、所述柱狀晶相的質量、動量、能量和溶質傳輸，判斷所述夾雜物的形核和生長，求解出所述夾雜物的尺寸和數量的分布域；

步驟6、更新所述熱物性參數，判斷收斂條件；

步驟7、如果滿足所述收斂條件，進入下一個時間步計算并重復步驟2-6；如果不滿足所述收斂條件，進入步驟5-6；

步驟8、鑄錠完全凝固時計算結束，得到模擬結果。

2.如權利要求1所述的鑄錠中宏觀偏析及析出夾雜物的預測模擬方法，其特征在于，所述等軸晶和所述柱狀晶的生長條件判定依據如下：只要相應的過冷度存在，所述等軸晶被允許在所有的單元中形核與長大；而所述柱狀晶只從鑄模壁開始生長，此后跟蹤所述每個單元的溫度梯度來判斷所述柱狀晶的生長方向，同時該單元的溫度梯度滿足一個閥值并且所述柱狀晶前端沉積少于一定量的所述等軸晶時，所述柱狀晶才能沿著熱流反方向生長。

3.如權利要求1所述的鑄錠中宏觀偏析及析出夾雜物的預測模擬方法，其特征在于，所述等軸晶為枝晶狀等軸晶，包含2個部分：包絡線內部固相和包絡線內部液相；

所述枝晶狀等軸晶的生長速率計算如下：

所述等軸晶包絡線內部固相凝固速率計算如下：

M_ls＝v_Rs·S_s·ρ_s·f_l；

f_si為所述等軸晶包絡線內部固相率f_si＝f_s/f_env；

其中：v_Rs為所述枝晶狀等軸晶的生長速率，D_l為所述液相溶質擴散系數,為所述液相平衡濃度，c_l為計算單元液相濃度，為固相平衡濃度，R_s為所述等軸晶中固相的平均半徑，R_f,s為計算單元內等軸晶最大半徑，M_ls為所述等軸晶包絡線內部固相凝固速率，S_s為所述等軸晶中固相的平均面密度，ρ_s為所述等軸晶的密度，f_l為所述液相體積分數，λ₂為二次枝晶間距，f_si為所述等軸晶包絡線內部固相分數，f_env為所述等軸晶包絡線體積分數，s_env為所述等軸晶的平均面密度；

所述柱狀晶生長速率計算如下：

所述柱狀晶凝固速率為：

M_lc＝v_Rc·S_c·ρ_c·f_l

并且有

其中，v_Rc為所述柱狀晶生長速率，t為時間，ρ_c為所述柱狀晶的密度，R_c為所述柱狀晶的平均半徑，R_f,c為計算單元內柱狀晶的最大半徑，M_lc為所述柱狀晶凝固速率，S_c為所述柱狀晶的平均面密度，d_c為所述柱狀晶平均直徑，λ₁為一次枝晶間距，f_c為所述柱狀晶體積分數。