双辊连续铸轧纯铝薄带凝固微观组织模拟及验证
《2024年双辊薄带振动铸轧振动工艺对凝固组织影响机理实验研究》范文
《双辊薄带振动铸轧振动工艺对凝固组织影响机理实验研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，金属材料的制备工艺不断更新换代，其中双辊薄带铸轧技术以其高效率、低成本和优异的性能吸引了广泛关注。
为了进一步提高产品质量，优化生产工艺，本研究将针对双辊薄带振动铸轧工艺展开，尤其是对振动工艺对凝固组织影响机理进行实验研究。
通过本文的实验设计和分析，为该领域的技术改进提供理论基础和实验依据。
二、实验材料与方法1. 实验材料本实验采用纯铝作为研究对象，其化学成分和物理性能符合实验要求。
2. 实验方法（1）设备准备：搭建双辊薄带振动铸轧设备，确保设备运行稳定。
（2）实验设计：设计不同振动参数（如振动频率、振幅等）下的铸轧过程。
（3）样品制备：在每种振动参数下，制备一定数量的薄带样品。
（4）组织观察：利用金相显微镜、扫描电镜等设备观察样品的凝固组织。
（5）数据记录与分析：记录实验数据，分析振动工艺对凝固组织的影响。
三、实验结果与分析1. 振动频率对凝固组织的影响实验发现，在一定的振幅下，随着振动频率的增加，凝固组织的晶粒尺寸逐渐减小。
这是因为振动能够有效地打破晶粒生长的连续性，使晶粒细化。
同时，高频率的振动还能使熔体在凝固过程中更好地排除杂质，从而提高铸轧材料的纯度。
2. 振幅对凝固组织的影响振幅也是影响凝固组织的重要因素。
当振幅增大时，振动对熔体的扰动作用增强，有利于晶粒的进一步细化。
但过大的振幅可能导致熔体表面波动加剧，从而影响铸轧过程的稳定性。
因此，存在一个最佳的振幅范围，使得凝固组织的晶粒尺寸达到最优状态。
3. 凝固组织的微观结构分析通过金相显微镜和扫描电镜观察发现，双辊薄带振动铸轧过程中，凝固组织的晶界清晰、组织致密。
在适当的振动参数下，晶粒呈等轴状，且分布均匀。
这表明振动工艺能够有效地改善铸轧材料的微观结构，提高其力学性能。
四、影响机理探讨双辊薄带振动铸轧过程中，振动工艺通过以下途径影响凝固组织：1. 振动能够打破晶粒生长的连续性，使晶粒细化；2. 振动有助于熔体在凝固过程中更好地排除杂质，提高铸轧材料的纯度；3. 适当的振动参数能使熔体在双辊间更好地流动和填充，从而获得致密的微观结构；4. 振动还能降低铸轧过程中的热应力，减少裂纹等缺陷的产生。
铝双辊连续铸轧凝固微观组织的数值模拟
铝双辊连续铸轧凝固微观组织的数值模拟陈守东;陈敬超【期刊名称】《中国有色金属学报（英文版）》【年(卷),期】2012(022)006【摘要】Based on the research on the solidification of twin-roll continuous casting aluminum thin strip,the analytical model of heterogeneous nucleation,the growth kinetics of tip (KGT) and columnar dendrite transformation to equiaxed dendrite (CET) of twin-roll continuous casting aluminum thin strip solidification was established by means of the principle of metal solidification and modern computer emulational technology.Meantime,based on the cellular automaton,the emulational model of twin-roll continuous casting aluminum thin strip solidification was established.The foundation for the emulational simulation of twin-roll casting thin strip solidification structure was laid.Meanwhile,the mathematical simulation feasibility was eonfirmed by using the solidification process of twin-roll continuous casting aluminum thin strip.%在研究双辊连铸纯铝薄带凝固过程的基础上,基于金属凝固的基本原理,并运用现代计算机仿真技术建立双辊连续铸轧纯铝薄带凝固的异质形核,枝晶尖端的生长动力学(KGT),柱状晶向等轴晶生长的转变(CET)的解析模型;建立基于元胞自动机(CA)的双辊连铸纯铝薄带凝固组织的仿真模型,为双辊连铸薄带凝固组织的仿真模拟奠定基础,从而为双辊薄带连铸工艺提供一定的理论指导.同时,利用双辊薄带连续铸轧纯铝凝固微观组织过程验证数学模拟的可行性.【总页数】5页(P1452-1456)【作者】陈守东;陈敬超【作者单位】昆明理工大学稀贵及有色金属先进材料教育部重点实验室,昆明650093;云南省新材料制备与加工重点实验室,昆明 650093;昆明理工大学稀贵及有色金属先进材料教育部重点实验室,昆明 650093;云南省新材料制备与加工重点实验室,昆明 650093【正文语种】中文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
热型连铸凝固过程微观组织形成的数值模拟
热型连铸凝固过程微观组织形成的数值模拟热型连铸凝固过程微观组织形成的数值模拟在金属材料的生产过程中，热型连铸是一种重要的凝固方法。
通过热型连铸，可以制备出具有优良性能的金属材料。
而在热型连铸过程中，凝固微观组织形成的过程对最终材料的性能起着至关重要的作用。
为了更好地理解凝固过程中的微观组织形成机制，科学家们采用数值模拟方法进行研究。
热型连铸可以简单地理解为利用铸铁管将金属液注入到铸模中，通过正向或背向冷却，实现金属材料的凝固过程。
在凝固过程中，液态金属逐渐转变为固态金属，同时伴随着组织结构的形成。
这种组织结构及其形成机制是决定材料性能的重要因素之一。
通过数值模拟方法，研究人员可以在计算机上根据已知的物理建模和模型、热力学和凝固动力学方程，模拟热型连铸凝固过程中微观组织的演变过程。
通过模拟计算，可以预测凝固过程中的温度场、相变行为以及组织形态的演变规律，为优化工艺参数和改善材料性能提供理论依据。
在热型连铸凝固过程的数值模拟中，研究人员首先需要构建合适的凝固模型。
这个模型通常包含了温度场、相变过程、流动场等因素。
热型连铸的凝固模型常常采用二相流动模型，将液相和固相作为两个不可混合的相进行计算。
接着，研究人员需要设置合适的边界条件和初始条件，以保证模拟的准确性和可靠性。
在模拟计算中，研究人员常常使用有限元或有限差分等数值方法，将凝固模型中的方程进行离散化，进而求解数值逼近解。
通过数值模拟计算，可以得到凝固过程中温度梯度、相变速率以及组织演变规律等信息。
这些信息对于工艺优化和材料性能的改善起到了重要的指导作用。
为了更好地验证数值模拟结果的准确性，研究人员通常会进行实验验证。
实验验证常常包括金属样品的制备、显微组织的观察和性能测试等步骤。
通过与实验结果的对比，可以验证数值模拟的准确性，并进一步改进模型和计算方法。
通过热型连铸凝固过程微观组织形成的数值模拟，研究人员可以更好地理解材料凝固过程中组织形成的机制，为优化工艺参数和改善材料性能提供科学依据。
铸件凝固过程微观组织模拟研究状况
Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ法的原理是，将宏观传热的计算单元 划分为数量为Ｎ的更细小的单元，一般为正方形或六 边形网格，假设网格中某节点ｉ，并给它赋予一个正整 数Ｐｉ 用于表示晶粒指数，在形核开始之前Ｐｉ ＝０（ 表示 液态），然后按下列规则进行形核、生长计算：当温度 低于液相线时，在网格中随机选取节点ｎ，计算其形核 率Ｐ（ｎ ｔ＋Δｔ），其表达式为Ｐｎ＝δＮ·Ｖｍ。式中Ｖｍ为网格单 元的体积；δＮ为ｔ 到ｔ ＋Δｔ 时刻单元体积内熔体的形核 数目，其值可由Ｏｌｄｆｉｅｌｄ［１］连续形核模型或Ｒａｐｐａｚ模型 求出。将（Ｐｎ ｔ＋Δｔ） 与一随机数发生器（ｎ ０≤ｎ≤１） 作 比较。若Ｐ（ｎ ｔ＋Δｔ）＞ｎ 则该单元形核凝固。随机赋予Ｐｉ 一个从１到Ｑ的正整数晶向值（ Ｑ为可取的晶向数），表 示晶向。液体金属发生形核以后，原子陆续向晶面堆 砌，发生长大过程。 １．３ 相场模型法
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Ｏｃｔ． ２００６ Ｖｏｌ．５５ Ｎｏ．１０
铸造
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铸件凝固过程微观组织模拟研究状况
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侯卫周１，曹新国１，徐 宏２
（ １．河南大学物理与信息光电子学院，河南开封 ４７５００１；２．华北工学院材料科学与工程系，山西太原 ０３００５１）
扩散控制，枝晶界面在任何时刻均为等浓度面，并假
设，①晶粒内温度分布均匀；②晶粒外围溶质扩散发
生在一球体扩散层内；③溶质守恒；④热平衡；⑤晶
粒生长速度由枝晶尖端生长动力学方程给出。采用显
式有限差分法计算浓度场、冷却曲线、固相分数以及
铝合金双带式连铸技术设备设计及凝固过程数值模拟的开题报告
铝合金双带式连铸技术设备设计及凝固过程数值模拟的开题报告一、选题背景随着现代工业的发展，铝合金材料在各个领域的应用越来越广泛。
而连续铸造技术则成为了铝合金生产的主流工艺之一。
铝合金双带式连铸技术是现代铝合金生产中比较常用的一种连铸技术，具有生产效率高、产品质量稳定等优点。
然而，铝合金双带式连铸技术的设备设计以及凝固过程数值模拟仍然面临很多问题。
因此，开展铝合金双带式连铸技术设备设计及凝固过程数值模拟的研究，具有现实意义和重要价值。
二、研究内容1. 铝合金双带式连铸技术设备设计铝合金双带式连铸技术的设备设计是实现高效连铸和稳定生产的重要保障。
本次研究将重点探讨铝合金双带式连铸技术的设备设计，包括连铸机、引伸器、浇口等组成部分的设计。
通过分析现有的铝合金双带式连铸技术设备设计方案，提出更加科学合理的设备设计方案，为实现高效连铸提供技术支持。
2. 铝合金双带式连铸凝固过程数值模拟铝合金双带式连铸凝固过程是生产中最为关键的环节之一。
为了提高铝合金双带式连铸生产质量和效率，本次研究将开展铝合金双带式连铸凝固过程的数值模拟研究。
通过建立数值模型，研究铝合金双带式连铸凝固过程中的温度变化、凝固形貌、组织演变等关键参数，为生产优化提供理论依据。
三、研究方法1. 设备设计方面采用模拟仿真方法，对不同设备设计方案进行模拟分析，比较其优缺点，提出最佳设计方案。
2. 凝固过程数值模拟方面采用计算流体力学（CFD）数值模拟方法，建立铝合金双带式连铸凝固过程的数学模型，分析凝固过程中的温度场、流场、凝固形貌和组织演变等关键参数。
四、预期成果通过铝合金双带式连铸技术设备设计及凝固过程数值模拟的研究，得出以下预期成果：1. 提出科学合理的铝合金双带式连铸技术设备设计方案，提高铝合金双带式连铸生产效率和产品质量。
2. 建立铝合金双带式连铸凝固过程的数学模型，分析凝固过程中的关键参数，为生产优化提供理论支持。
3. 积累铝合金双带式连铸技术生产经验，为相关行业提供技术支持和指导。
《双辊薄带振动铸轧振动工艺对凝固组织影响机理实验研究》范文
《双辊薄带振动铸轧振动工艺对凝固组织影响机理实验研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，金属材料的制备工艺和性能要求日益提高。
双辊薄带振动铸轧技术作为一种新型的金属材料制备技术，具有生产效率高、材料性能优异等优点，在工业生产中得到了广泛应用。
然而，该技术的凝固组织形成过程复杂，对最终产品的性能有着重要影响。
因此，本文通过实验研究了双辊薄带振动铸轧振动工艺对凝固组织的影响机理，以期为该技术的进一步发展和应用提供理论依据。
二、实验材料与方法1. 实验材料本实验采用铝合金作为研究对象，选用高纯度的铝锭作为原料。
2. 实验方法（1）双辊薄带振动铸轧设备：采用双辊式薄带铸轧机，通过调整振动参数，研究振动工艺对凝固组织的影响。
（2）实验设计：设计不同振动参数（如振动频率、振幅等）下的铸轧实验，并记录相关数据。
（3）金相组织观察：对铸轧后的样品进行金相研磨、抛光和腐蚀处理，观察不同振动参数下的凝固组织形态。
（4）数据分析：对观察到的金相组织进行定量分析，如晶粒尺寸、形状因子等。
三、实验结果与分析1. 振动工艺对凝固组织的影响实验结果表明，双辊薄带振动铸轧过程中，振动工艺对凝固组织有着显著影响。
在适当的振动参数下，可以显著细化晶粒，提高组织的均匀性。
当振动频率和振幅过大时，可能会对凝固组织产生不利影响，导致晶粒粗大、组织不均匀。
2. 振动工艺影响凝固组织的机理（1）振动对熔体的作用：振动能够使熔体在凝固过程中产生强烈的搅拌作用，有利于溶质的均匀分布和晶粒的细化。
同时，振动还可以降低熔体的温度梯度，减缓热量的传递速度，从而减缓晶粒的生长速度。
（2）振动对界面的作用：在凝固过程中，界面处的晶体生长受到振动的干扰，使晶体生长的方向性减弱，从而形成更为细小的晶粒。
此外，振动还可以使界面处的溶质分布更加均匀，有利于提高组织的均匀性。
3. 实验数据支持通过金相组织观察和数据分析，我们发现在适当的振动频率和振幅下，铝合金的晶粒尺寸明显减小，形状因子更加接近于圆形。
Al-12.6%Si薄带双辊快速凝固成形试验研究
Al-12.6%Si薄带双辊快速凝固成形试验研究
陈明安;卓利;张新明
【期刊名称】《材料工程》
【年(卷),期】1999(000)004
【摘要】运用双辊快速凝固方法将液态Al-12.6%Si合金直接制备成厚度为 0.1～0.5mm的薄带.介绍了这一方法的基本原理、特点和试验设备设计中的关键问题.辊面可控线速度Vr为2～8.5m/s,薄带厚度正比于Vr-1/2.薄带组织为细小的初晶α-Al和极细小的(α-Al+Si)共晶体,塑性和抗拉强度得到明显改善.
【总页数】4页(P32-35)
【作者】陈明安;卓利;张新明
【作者单位】湖南大学机械与汽车工程学院;湖南大学机械与汽车工程学院;中南工业大学材料与科学系
【正文语种】中文
【中图分类】TB3
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《双辊薄带振动铸轧振动工艺对凝固组织影响机理实验研究》范文
《双辊薄带振动铸轧振动工艺对凝固组织影响机理实验研究》篇一一、引言在金属材料加工领域，双辊薄带振动铸轧技术已成为一种新型、高效的金属凝固成形方法。
通过振动工艺的应用，能够有效控制凝固过程中的温度场和应力场，进而影响金属凝固组织，从而提升材料的性能。
本文以双辊薄带振动铸轧振动工艺为研究对象，探讨其对凝固组织的影响机理，旨在为金属材料加工技术的进一步发展提供理论依据和实验支持。
二、实验材料与方法1. 实验材料本实验采用某合金作为研究对象，该合金具有良好的可铸性和可塑性，适合于双辊薄带振动铸轧技术。
2. 实验方法本实验采用双辊薄带振动铸轧技术，通过调整振动参数（如振幅、频率等），研究其对凝固组织的影响。
同时，采用金相显微镜、扫描电镜等手段，观察和分析金属凝固组织的形貌、成分和结构。
三、双辊薄带振动铸轧振动工艺的介绍双辊薄带振动铸轧技术通过在传统铸轧过程中引入振动工艺，使金属在凝固过程中受到周期性的外力作用，从而改变其凝固行为。
这种技术具有以下优点：一是能够细化晶粒，提高材料的力学性能；二是能够减少热裂、缩孔等缺陷的产生；三是能够提高生产效率，降低能耗。
四、振动工艺对凝固组织的影响机理1. 振动对温度场的影响振动能够使金属在凝固过程中产生周期性的热扰动，从而改变温度场的分布。
这种改变有利于减小温度梯度，使晶粒在凝固过程中能够更加均匀地生长。
2. 振动对应力场的影响振动能够有效地降低金属在凝固过程中的残余应力。
这是由于振动能够使金属在凝固过程中产生周期性的形变，从而松弛内部的应力。
这种松弛作用有助于减少热裂等缺陷的产生。
3. 振动对晶粒细化的作用晶粒细化是双辊薄带振动铸轧技术的重要特点之一。
振动能够使金属在凝固过程中产生更多的形核点，从而增加晶粒的数量。
同时，振动还能够抑制晶粒的异常长大，使晶粒尺寸更加均匀。
五、实验结果与分析1. 实验结果通过调整振动参数，我们观察到金属凝固组织的形貌、成分和结构发生了明显的变化。
汽车用5182铝合金双辊连续铸轧温度场模拟
汽车用5182铝合金双辊连续铸轧温度场模拟黄旭【摘要】采用有限体积法，建立了5182铝合金板材的双辊连续铸轧过程的铸轧区模型。
通过输出水口入口中心与板材出口中心连线上的等距离点的温度值来表述温度场分布，并分析形成原因。
文章考察了不同工况下影响铸轧连续性及成材性的重要因素：板材出口温度和液穴深度。
综合分析后得出不同工况下的最佳工艺参数。
【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】3页(P101-103)【关键词】双辊连续铸轧;5182铝合金;有限体积法;数值模拟【作者】黄旭【作者单位】辽宁机电职业技术学院，丹东 118000【正文语种】中文【中图分类】TG249.70 引言根据中国汽车协会报告显示，2015年1月汽车产销分别完成228.70万辆和231.96万辆，比上年同期分别增长11.5%和7.6%。
随着汽车产量与销量的增长，带来的环境污染问题成为人们必须正视的问题。
5182铝合金因其良好的成形性能、耐蚀性能及机械性能成为汽车板材的目标材料。
目前生产5182铝合金板带材主要以热轧生产为主，降低生产成本，保证生产质量是生产厂商所追求的目标[1,2]。
双辊连续铸轧工艺（Twin-roll Continuous Casting Process）因其流程短、效率高、能耗低成为铝合金板材生产的重要工艺，而热带、裂纹、缩孔等缺陷一直存在于双辊铸轧工艺所生产的板带材中，可见铸轧工艺参数对板材生产质量起着至关重要的作用[3～5]。
对铸轧区的凝固过程进行研究可找出板带材生产缺陷的原因，并能够优化工艺参数，避免缺陷产生。
本文以5182铝合金为材料，对铸轧过程进行建模，通过ANSYS软件，研究不同浇注温度、冷却条件及铸轧速度对铸轧区温度场分布的影响，并讨论形成原因，最终获得优化工艺参数。
图1 双辊连续铸轧过程1 数学建模1.1 求解方程整个双辊连续铸轧过程（如图1所示）虽为金属液由流槽进入水口，并经水口流入铸轧区后铸轧成板，但过程的核心部分就是铸轧区内金属流动及凝固过程。
双辊铸轧凝固组织的数值模拟
双辊铸轧凝固组织的数值模拟任志峰;孟繁霞;孙斌煜【摘要】对双辊板带铸轧的凝固过程中金属的形核和生长行为进行了数值模拟,建立了一套描述双辊板带凝固组织参数的表征体系,从而为双辊铸轧板带凝固组织特征的定量数学描述奠定了理论基础.同时为该领域的试验研究提供了理论基础.【期刊名称】《山西冶金》【年(卷),期】2011(034)004【总页数】3页(P18-20)【关键词】双辊铸轧;凝固组织;数值模拟【作者】任志峰;孟繁霞;孙斌煜【作者单位】太原科技大学材料科学与工程学院,山西太原030024;太原科技大学材料科学与工程学院,山西太原030024;太原科技大学材料科学与工程学院,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TG249.7双辊板带铸轧技术作为冶金研究领域内的一项前沿技术，目前在工业化开发方面面临一个最主要问题是板带的内部质量较差和整体的质量不稳定。
其中，掌握微观组织的形成规律是了解板带性能的前提和基础，从而可以控制板带的内部质量。
由于此过程的工艺参数较多并且相互间的匹配比较复杂，可以通过实验研究的途径获得板带的凝固组织结构，但由于客观条件的限制，往往难于准确与完整，因而近年来，通过数学方法以达到此目的的研究越来越多［1］。
另外，掌握双辊薄带的凝固组织的形成与发展规律，由最终的组织反推凝固的进程及其特征，从而可以掌握板带的工艺性能和使用性能。
因此，对双辊薄带凝固组织开展数值模拟，掌握其形成过程和晶区的分布规律对推动双辊铸轧技术的工业化具有重要的理论意义和实用意义。
1 双辊铸轧微观组织的形成过程在双辊铸轧的凝固成形过程可以分为晶粒形核、晶粒生长、热轧变形三个主要阶段（见图1）。
在双辊板带铸轧过程中，当熔融金属注入一对转向相反、内部通冷却水的铸轧辊之间形成的熔池内时，由于受到通水铸轧辊的激冷作用，在铸轧辊表面形成大量的晶核。
通过这些表面等轴晶核的迅速生产和生长，在双辊表面形成一层很薄的表层等轴细晶区。
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双辊连续铸轧纯铝薄带凝固微观组织模拟及验证陈守东;陈敬超;吕连灏【摘要】Based on the solidification of twin-roll continuous casting thin strip, the analytical model of heterogeneous nucleation, the a-mended growth of tip and columnar dendrity transformation to equiaxis dendrity (CET) of twin-roll continuous casting thin strip solidification are established by means of the principle of metal solidification and based on the cellular automaton, the emulational model of twin-roll continuous casting thin strip solidification is established. Simulated results showed that the grain growth in random preferential growth directions can be described by the model reasonably, and the simulated results were coincident with actual phenomena. Meanwhile has confirmed the mathematical simulation feasibility by using the solidification process of twin-roll continuous casting aluminum thin strip.%以双辊连续铸轧薄带工艺凝固过程为基础,同时基于金属凝固的基本原理建立了双辊连铸薄带凝固过程的异质形核模型、修正的枝晶尖端生长动力学模型、柱状晶向等轴晶转变(CET)的解析模型以及基于元胞自动机(CA)的双辊连续铸轧薄带凝固组织演变的仿真模型.数值模拟结果表明,所建立的数学模型能够合理描述t粒沿任意角度生长的过程,温度场、溶质场和微观组织形貌的模拟计算结果合理,同时利用双辊薄带连续铸轧工业纯铝凝固过程验证了数学模拟的可行性.【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2012(032)003【总页数】5页(P35-39)【关键词】双辊连续铸轧;凝固微观组织;数值模拟;验证【作者】陈守东;陈敬超;吕连灏【作者单位】昆明理工大学稀贵及有色金属先进材料教育部重点实验室;云南省新材料制备与加工重点实验室,昆明650093;昆明理工大学稀贵及有色金属先进材料教育部重点实验室;云南省新材料制备与加工重点实验室,昆明650093;昆明理工大学稀贵及有色金属先进材料教育部重点实验室;云南省新材料制备与加工重点实验室,昆明650093【正文语种】中文【中图分类】TG146.2+1双辊薄带连续铸轧工艺具有简化生产工序、缩短生产周期、减少设备投资、降低生产成本等优点。
近十几年里该项技术取得了很大的进展，但目前在工业化应用方面主要面临着薄带的质量较差和质量不稳定等问题，其中薄带凝固组织对薄带质量有非常重要的影响［1～6］。
目前，对双辊连续铸轧薄带凝固组织形成的微观模型研究很少，而且已建立的微观模型是建立在大量假设上的，对实际的双辊连续铸轧金属凝固组织形成过程还不能精确的再现和定量的预测，如LKT模型和 KGT模型［7，8］。
由于双辊薄带连续铸轧工艺属于亚快速凝固过程，同时存在注流冲击等影响。
因此，目前已建立的各种凝固组织模拟的微观数学模型还不能精确地模拟双辊薄带连续铸轧的凝固组织和定量预测铸轧工艺参数、金属凝固参数对凝固微观组织的影响。
本工作通过引入异质形核模型、修正的KGT枝晶生长模型以及柱状晶等轴晶竞争转变（CET）模型，对双辊连续铸轧薄带凝固组织形成的微观机理进行了研究。
同时，基于元胞自动机（CA）理论建立了双辊薄带连续铸轧凝固组织形成的微观仿真数学模型，为双辊连续铸轧薄带凝固组织形成的数值模拟及组织形成的定量预测奠定了基础。
最后利用工业纯铝双辊连续铸轧组织凝固过程验证了数学模拟的可行性。
1 双辊连铸薄带凝固组织演变的微观模型1.1 异质形核模型鉴于双辊薄带连铸凝固的特点，考虑到形核过冷度的影响和形核的连续性以及液相流动等因素的影响，采用异质形核模型来描述薄带凝固过程中柱状晶前沿液相中等轴晶形核密度随过冷度的变化规律。
采用 Rappazz提出的连续形核模型［9～12］，该模型考虑了在给定过冷度下，形核总数是形核分布函数的积分，可用连续形核分布dn/d（ΔT）来描述随着合金过冷度增大而增加的晶粒密度，所以在给定过冷度下，晶粒密度可表示为分布函数的积分:式中n（ΔT）为过冷度为ΔT时的晶核密度;ΔT=TL-T（TL为液相线温度）;Ns为总的初始形核质点密度;ΔTN，ΔTσ为合金的最大形核过冷度和标准方差过冷度。
其中Ns，ΔTN，ΔTσ可由差热分析（DTA）实验确定。
双辊表面形核和液相内部体积形核分别采用两种不同的形核分布函数来处理，形核模型的建立主要是为了计算形核密度n（t）。
1.2 枝晶生长的动力学模型双辊薄带连续铸轧是具有定向凝固性质的亚快速凝固过程，相对于快速凝固过程，枝晶的生长速率不是很高，合金的生长动力学系数很大，可忽略枝晶尖端的动力学过冷度（ΔTK）。
同时，凝固在准平衡状态下进行，可以假设合金的平衡分配系数、液相中溶质的扩散系数保持不变，可忽略枝晶尖端的热过冷度（ΔTT）。
因此可以对KGT模型进行修正。
修正后的KGT模型如下［13］:式中:ΔT为枝晶尖端过冷度;ΔTc为成份过冷度;ΔTR为曲率过冷度;ΔTT枝晶尖端动力学过冷度;ΔTK为溶质扩散过冷度;R为枝晶尖端曲率半径;Ω为枝晶尖端液相中溶质的过饱和度;cl*为枝晶尖端液相中的溶质浓度;m为液相线斜率;c0为合金的成份;k为溶质平衡分配系数;Г为Gibbs-Thompson系数;Gε为枝晶尖端液相中溶质的浓度梯度;G为枝晶尖端的平均温度梯度;Pe为溶质浓度的贝克利系数;Iv（pe）为pe的伊万卓夫函数;ξc为pe的函数;v为枝晶尖端的生长速率;D为液相中溶质的扩散系数;θi为最大晶粒生长方向与x轴的夹角。
1.3 柱状晶相向等轴晶转变的（CET）模型柱状晶前沿的液相温度达到体积内部形核温度Ti时，就会发生体积内部形核，由Hunt提出的判据知:在随后的凝固过程中，有可能发生柱状晶向等轴晶（CET）的转变。
出现中心等轴晶:出现混晶组织:没有中心等轴晶，仅为柱状晶:式中f1=0.49，f2=0.0049，fs（t）为某一时刻柱状晶前沿等轴晶的固相分数，它的大小与形核密度n（t），晶粒尺寸Re（t）及等轴晶粒的内部固相体积率fi（t）有关，可表示为:式中n（t）和Re（t）由形核、生长模型计算，而fi（t）则可以表示为:2 基于元胞自动机（CA）的凝固组织仿真模拟结合现有的随机性与确定性方法的基础上，借鉴Rappaz和Gandin等人提出的元胞自动机（Cellular Automaton）模型，就可以实现对双辊薄带连铸凝固组织形成的动态模拟显示。
将凝固区域划分为四边形网格，将每个网格单元划分成均匀的节点，所有节点在凝固前置为液态Pi=0，选取时间步长δt。
在δt时刻内温度下降δT，过冷度相应增加δT，此时熔体内新生晶核的密度为:式中，nv整个体积内的新生晶核密度，其值可通过连续形核模型得到，这些新生的晶核在所有CA单元上随机分布，其机率为:式中，VCA为单个CA单元的体积。
在δt时间内，每个CA单元被赋予一个随机数r（0≤r≤1），如果一个单元仍为液态，当满足r≤Pv，该单元将变为固态，其qi值被赋予一个正整数（晶向指数，表明生长的各向异性）。
形核后按一定规律生长，晶粒的最大生长方向与CA单元中的x轴夹角为θ，那么t时刻晶粒的半径即四边形的半对角线长:枝晶尖端的生长规律v［ΔT（t'）］可以根据修正的KGT模型得出。
图l为CA模型示意图，从tA时刻到tB，由A节点形核长大的四方形晶粒接触到四个相邻单元 B1，B2，B3，B4。
这时晶粒半对角线长LtB与lθ=（cosθ+|sinθ|））相等，l 为 CA 网格单元间距。
CA模型规定此时单元B1～B4凝固，其索引值qi被赋予一个与原始节点A相同的整数。
这样晶核就开始长大，并通过不断捕获周围的液态单元而成为最终的晶粒。
B的4个单元节点继续长大，将在下一时刻捕获B周边的8个节点，依此类推。
晶粒按照枝晶的尖端长大速率而增大。
但在晶粒长大过程中，晶粒偏离了原始晶向，所以在每一步模拟中还要对枝晶长大方向进行校正。
图1 Cellular Automaton模型示意图Fig.1 Sketch map of Cellular Automaton model3 凝固组织模拟微观模型的验证以双辊连续铸轧工业纯铝为研究对象，采用水平式同径双辊铸机进行模拟实验。
铸轧机的参数如表1所示，模拟计算所用的物性参数如表2所示。
模拟了双辊薄带连铸凝固组织中的平均晶粒面积和平均柱状晶一次轴取向度，同时和相同条件下的实验结果进行比较，以验证所建立的微观数学模型的可靠性。
表1 双辊薄带连铸机主要参数及生产条件Table 1 Production condition and main parameters of a twin-roll strip casterTechnical parameters Value Roll size/mm φ850×1500 Roll gap/mm 5.9～6.1 Casting speed/（m·min-1）0.8～1.2 Melt pool height/mm 40～90表2 工业纯铝的热物性参数［14］Table 2 Thermo physical properties of aluminum ［14］Properties Value Cp，l/（J·kg-1·℃ -1）1046 Cp，s/（J·kg-1·℃ -1）1138 ρl/（kg/m3）2368 ρs/（kg/m3）2700 Γl/（W/m·℃） 90.7 Γs/（W·m-1·℃-1）218 Tm/℃ 658.7 L/（kJ/kg）393.56计算模拟图形如图2所示［1］，在浇注温度为680℃、熔池高度为70 mm、铸轧辊转速为0.8 m/s实验条件下连铸出的纯铝薄带的模拟结果如图3所示，横截面和纵截面上的凝固铸态组织如图4所示，模拟了铸轧工艺参数（浇注温度、铸辊与铸轧区的换热系数）对凝固组织中平均晶粒面积和平均柱状晶一次轴取向度的影响规律如图5所示。