球墨铸铁在凝固过程中,凝固组织对其宏观性能有着重要的影响。本文采用微观元胞自动机法,将浓度分布、温降与晶体生长相结合,开发了 Fe-C二元和Fe-C-Si三元合金球墨铸铁凝固组织演变过程微观元胞自动机预测模型,应用模型对亚共晶和过共晶球墨铸铁的凝固过程中初生相及共晶组织的生长演变过程进行了模拟研究。本文主要完成的工作如下:建立了 Fe-C二元合金溶质扩散及相变生长耦合模型,模拟了二元合金奥氏体和石墨生长演变过程。结果表明,奥氏体与石墨晶粒生长呈相互促进模式,奥氏体快速包裹石墨,并由枝晶状生长形态变为团簇状,石墨晶粒孤立分布于奥氏体基体中。模拟预测的石墨晶粒平均半径为11.82μm与文献实验值14.71 μm误差为2.89μm。随冷却速率改变,模拟结果所测石墨平均半径变化趋势与实验中一致,从而验证了模型。进一步分析表明,等温条件下奥氏体与石墨生长速度略低于有温降和溶质扩散共同作用下的生长速度;增大熔体初始过冷度及冷却速率,奥氏体及石墨生长速度均加快,生长速度随冷却速率线性增长,两者增幅大致相同。冷却速率5K/s～30 K/s和熔体初始过冷度5K～30K范围内,冷却速率对石墨生长速度的影响强度大于熔体初始过冷度的影响。建立Fe-C-Si三元合金溶质扩散及相变生长耦合模型,由界面多溶质浓度扩散唯一确定奥氏体和石墨相生长速度,实现三元合金奥氏体和石墨生长演变过程模拟。结果表明,奥氏体从液相中吸收溶质硅进行生长,二次、三次晶臂生长明显;石墨生长完全排出相内溶质硅到液相。Fe-C-Si三元合金模拟晶体形貌更加接近实验中的凝固组织形貌,凝固结束时石墨相分数比二元合金模拟更加接近实验值,石墨的平均半径与实验值的误差比二元合金模拟下的误差减小了 1.18μm,石墨平均半径随冷却速率变化趋势也与实验值相符。冷却速率范围在1K/s～10K/s时:凝固前期,同一冷却速率下,石墨生长速度小于奥氏体生长速度;凝固后期,冷却速率越大,石墨的平均生长速度越小。末期,石墨平均半径随冷却速率增加而递减。Scheil模型假定溶质在液相充分扩散,降低冷却速率,模拟中C浓度扩散越充分,奥氏体中的C浓度越接近Scheil模型值。