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薄带双辊铸轧凝固过程组织演变的数值模拟
摘要：
本文通过建立数学模型，对薄带双辊铸轧凝固过程中组织演变进行数值模拟，分析了温度、应力、塑性应变、凝固结构等因素对组织演变的影响，并研究了优化工艺参数对组织形态的影响。研究结果表明，在合适的工艺条件下，可以实现较为理想的凝固组织结构，提高产品性能。
关键词：薄带双辊铸轧；凝固过程；组织演变；数值模拟；优化工艺参数
一、绪论
薄带双辊铸轧是一种新兴的连续加工技术，它将铸造和轧制两个过程相结合，能够快速制备高质量的金属薄带、箔和板等产品，广泛应用于电子、航空、化工等领域。凝固组织对产品性能有着重要的影响，因此如何控制凝固组织结构是薄带双辊铸轧的关键技术之一。目前，通过实验和模拟手段研究凝固过程已成为该领域的研究热点之一。数值模拟能够提供快速、准确的预测和优化工艺参数的方法，在薄带双辊铸轧凝固过程研究中也具有广阔的应用前景。
二、数学模型建立
1.凝固模型
将薄带双辊铸轧过程简化为三维均匀流动模型，使流体中氧化铝颗粒从上游进入模型，运动并在下游凝固。使用Adams-Bashforth-Moulton方法求解Navier-Stokes方程组，其中左端边界定为流体的入口处，右端边界定为固态的凝固处。取定合适的凝固时间、层数等条件，计算得到固态结构。
2.组织模型
考虑固态组织结构在应力和温度的变化下演变。采用Voronoi图描绘微观组织结构，考虑晶粒的体积分布、晶心坐标、晶粒间界面、晶粒或晶界与马氏体/贝氏体的交互等因素。
三、数值模拟结果
1.温度对组织演变的影响
在不同温度下，观察晶粒生长情况。随着温度的升高，生长速率逐渐变快。但当温度高于一定值时，晶粒形态逐渐变得不规则，生长速率减缓甚至停止。
2.应力对组织演变的影响
增加初始应力会使晶粒在较早时期开始生长，但当应力过大时，开裂等问题将出现。合适的初始应力有助于优化晶粒分布。
3.塑性应变对组织演变的影响
通过增加塑性应变，晶粒间变形产生拉伸、剪切等变化，有助于改善晶粒分布和生长速率等性质。
4.工艺参数对组织形态优化的影响
在多种工艺参数的不同组合下，对模拟结果进行比较。实验结果表明最优参数可显著影响凝固组织形态的变化。
四、结论
通过数值模拟，研究了薄带双辊铸轧凝固过程中组织演变的影响因素，以及工艺参数对组织形态的影响。结果表明在适宜的条件下，可以获得较为理想的凝固组织结构，从而提高薄带双辊铸轧产品的性能。未来的研究可以考虑结合实验手段，进一步优化工艺参数，使其在应用中得到更好的应用。