球墨铸铁由于其良好的机械性能和铸造性能,在实际中得到广泛应用。其机械性能与凝固过程形成的微观组织,特别是石墨球的形貌有关。球墨铸铁的凝固过程受多种因素的影响,如球化剂、孕育剂、冷却速度以及合金元素等。了解各因素对凝固过程的影响是非常复杂的工程。本文以Fe-C-Si系三元合金为研究对象,建立球墨铸铁的凝固模型,为将来建立更复杂的模型打下基础。元胞自动机方法(CA法)是模拟晶体凝固的一种随机性方法,具有较快的计算速度和一定物理背景,但在笛卡尔网格划分情况下具有非常强烈的各向异性。以往的研究多集中于枝晶生长的模拟。球墨铸铁凝固过程中,会出现三相共存的情形：液相,奥氏体和石墨。其中奥氏体呈枝晶状生长,具有优先生长方向,而石墨以球形生长,具有各向同性。本文建立了新的石墨生长模型,通过分析基于菲克第二定律传质方式,元胞溶质平衡算法和Von Neumann捕捉规则下产生各向异性的原因,利用浓度约化并引入形状参数的方法,使石墨长成球形或近球形。对于同一个石墨球,若所有位置界面生长环境相同,利用该模型石墨可以长成完美球形；若界面生长环境不同,该模型也能够保持这种差异引起的石墨球圆整度的降低。通过模拟单个石墨球的生长,确定合适的约化范围,约化次数和形状因子。将确定好的模型模拟两个石墨球的交互生长验证模型的正确性。将建立好的石墨生长模型与奥氏体模型相耦合建立了球墨铸铁的凝固过程生长模型。利用偏心立方算法和元胞溶质平衡方法计算奥氏体的长大。将奥氏体和石墨模型进行耦合。该模型规定了温度场的计算方法,各元胞三相比例变化,奥氏体和石墨长大引起元胞浓度变化,各元胞之间扩散通量以及元胞状态转变规则。本文利用C++语言在VS2010 MFC平台进行程序编写。规定了为了减少计算误差,多项相加和界面能各项异性函数的处理方式。利用此模型分别对亚共晶和过共晶球墨铸铁进行模拟,合理的估算了形核速率方程,分析凝固过程中浓度和组织的变化。该模型可以合理的再现球铁凝固过程中石墨和奥氏体的生长过程,特别是离异共晶过程。为了评价此模型,将该模型应用于实际模拟,得到的金相与冷却曲线和实验所得相对比,证明此模型可以得到与实际相近的结果。