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一种纳米相增强铝基复合材料铸造微观组织的预测方法 

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申请/专利权人:哈尔滨理工大学

摘要:一种纳米相增强铝基复合材料铸造微观组织的预测方法,它属于复合材料铸造微观组织形成技术领域。本发明解决了现有针对纳米相增强铝基复合材料的数值模拟方法的准确性差的问题。本发明基于实验表征获得了存在纳米相的试样中等效溶质扩散系数、Si元素溶质分配系数、纳米相团簇体的尺寸和平均形核过冷度。并基于实验表征数据对铝基复合材料铸造微观组织进行数值模拟,可更为准确地预测复合材料铸件中存在纳米相时微观组织形成的特点,为复合材料铸造件成形过程中合金组织调控和工艺优化提供了数据支撑与理论指导。本发明方法可以应用于复合材料铸造微观组织形成技术领域。

主权项:1.一种纳米相增强铝基复合材料铸造微观组织的预测方法,其特征在于,所述方法具体包括以下步骤:步骤一、对铸态纳米相增强铝基复合材料微观组织演化的计算域进行微观尺度网格剖分,并将各个正方体网格利用i,j,k来标号,i的取值范围为[1,h],j的取值范围为[1,n],k的取值范围为[1,m],h、n、m均为整数,其中,i、j、k均为整数;步骤二、对铸态纳米相增强铝基复合材料进行电子显微镜扫描,基于获得的扫描图像计算纳米相增强铝基复合材料中的等效溶质扩散系数Deff和纳米相团簇体平均尺寸dp;步骤三、对铸态纳米相增强铝基复合材料进行电子显微镜扫描,基于获得的能谱计算纳米相作用的溶质分配系数步骤四、测量冷却过程中纳米相增强铝基复合材料铸件型腔内的温度,获得铸件型腔内的温度随时间的变化曲线,即获得铸件冷却曲线;将铸件冷却曲线的各个测试时间点分别记为tex1,tex2,tex3,...,texQ,将各测试时间点对应的温度分别记为Tex1,Tex2,Tex3,...,TexQ;在铸造凝固过程中,同一时刻计算域中的每个正方体网格具有相同的温度,令初始时刻每个正方体网格的温度并初始化时刻tsim=0,根据铸件冷却曲线和等效溶质扩散系数Deff,计算tsim+Δtsim时刻正方体网格的温度;步骤五、根据铸件冷却曲线计算平均形核过冷度,并根据平均形核过冷度计算各晶粒的形核过冷度,再把各晶粒随机分布到计算域中,各个正方体网格根据tsim+Δtsim时刻温度和各晶粒的分布进行形核转变,得到核心正方体网格,将各个核心正方体网格分别作为各个枝晶的起始;步骤六、捕获核心正方体网格周围的液态网格,将捕获的液态网格转变为生长态网格;步骤七、对生长态网格计算固液界面加权平均曲率,再根据固液界面加权平均曲率计算固液界面液相成分,再根据固液界面液相成分计算固相分数;若存在固相分数增加至1的网格,则将固相分数增加至1的网格变为固态,并执行步骤八;若不存在固相分数增加至1的网格,则执行步骤九;步骤八、若步骤七中新转换为固态的网格的周围存在液态网格,则捕获新固态网格周围的液态网格,将捕获的液态网格的状态转换为生长态;若步骤七中新转换为固态的网格的周围不存在液态网格,则直接执行步骤九;步骤九、令tsim=tsim+Δtsim;步骤十、计算tsim+Δtsim时刻正方体网格的温度,并判断计算域内是否还存在生长态网格;若计算域内还存在生长态网格,则返回执行步骤七;否则凝固过程结束,继续执行步骤十一;步骤十一、输出纳米相增强铝基复合材料计算域内各个枝晶的平均尺寸值。

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权利要求:

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