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铸造生产是机械制造工业的重要组成部分,铸件在整个机械设备总量中占有很大的比重;要想获得理想的铸件,就需要研究凝固组织的形成机理与控制方法。铸件凝固过程中晶粒组织的控制十分重要,这是因为晶粒组织决定着铸件的力学性能和成形质量,近年来兴起的计算机模拟方法能够弥补传统试验方法的不足,越来越受到人们的重视。 本文讨论了铸件凝固过程CAE仿真的物理基础,包括形核模型、晶粒生长动力学模型、溶质扩散模型,铸件凝固过程温度场的数值模拟方法,宏—微观耦合模拟以及确定性模型和随机性模型相结合的模拟方法。本文主要基于CA-FE法,对K4169高温合金圆柱锭和某发动机高温合金铸件的凝固过程进行了CAE仿真,将宏观温度场模拟和微观晶粒组织模拟相耦合,将确定性方法和随机性方法相结合,得到K4169高温合金圆柱锭和某发动机高温合金铸件凝固过程的温度场、晶粒组织特征值和微观组织形貌。 本文采用有限差分法,计算出K4169高温合金圆柱锭横截面上凝固过程中温度随时间的变化规律,并画出温度变化曲线;利用有限元分析软件ANSYS作了高温合金圆柱锭的温度场分析,并画出所研究横截面上任意三点的温度变化曲线。有限元分析结果与采用有限差分法得到的计算结果相吻合;模拟结果与实测结果作比较,也相符合。这不仅说明了两种模拟方法的正确性,同时也证明了K4169高温合金圆柱锭横截面上温度均匀的假设。通过固相分数,将K4169高温合金圆柱锭的温度场模拟与连续形核模型、枝晶尖端生长动力学模型、溶质扩散模型相耦合,利用Matlab编程,计算出其晶粒组织的特征值,包括晶粒密度和平均晶粒尺寸;计算结果与实测结果符合较好。采用二维元胞自动机方法,将确定性方法和随机性方法相结合,模拟出K4169高温合金圆柱锭的微观组织,仿真结果与实际金相观测结果也相符合。在进行了K4169高温合金铸造试样微观组织仿真的基础上,采用有限元方法,利用ANSYS软件对某发动机K4169高温合金铸件作了温度场分析,并画出关键截面上的温度变化曲线。利用Matlab编程,耦合宏微观模拟,计算出晶粒组织特征值,计算结果与实测结果相符合。利用二维元胞自动机技术,结合晶粒组织模拟的确定性方法和随机性方法,模拟出高温合金铸件所研究截面的微观组织,模拟结果与实际金相观测结果相符合。