铸造凝固过程数值模拟技术是当前铸造学科科学研究的热点之一。正是数值模拟技术,有效地解决了经典理论在实际应用中存在的问题,而具有强大运算能力和图形处理能力的计算机为这项技术的实用化提供了有效的手段。高温合金是伴随着航空工业而发展起来的新型材料,通过大幅度地提高涡轮热端进气温度可以显著增加发动机工作效率和推力。高性能的高温结构材料的研究、开发和应用一直是航空喷气发动机研制的重要组成部分,其中高温合金是研究最为广泛、应用最为成熟的合金材料之一。在高温合金的研究过程中,合金的成份设计、凝固过程中的温度场变化以及微观组织控制一直是工作的重点。对铸件的凝固组织进行数值模拟,实现预测铸件凝固微观组织的形成,进而预测铸件的力学性能,获得主要工艺参数对铸件凝固组织影响的定量关系,从而为优化铸造工艺和实现最佳的质量控制提供理论依据。迄今为止,对于铸件凝固的温度场和铸造充型过程的数值模拟技术发展的比较成熟,对于热裂、缩松缩孔等缺陷的研究也比较深入,并且已经能够应用于实践。目前研究者纷纷把目光转向了对于凝固过程的微观组织研究计算与预测。经过各国学者的长期努力,微观组织的模拟经历了从定性模拟、半定性模拟到定量模拟的过程,从定点形核到随机形核,从纯物质微观模拟到对多元合金微观组织的模拟,所应用到的数学方法也在不断的完善。本文结合国防科工委科研基金“十五”规划课题“高温合金组织超细化原理和方法研究”的要求,确定主要研究内容如下:1.根据等效热容法有限元理论,使用有限元软件ANSYS,对镍基高温合金低压涡轮叶片凝固过程的温度场分布进行分析。2.结合C++Builder软件设计镍基高温合金涡轮叶片材料凝固过程的仿真系统。3.采用连续形核模型和枝晶尖端生长的动力学模型计算了镍基高温合金(K4169)圆柱锭凝固时的晶粒组织的特征值。利用CellularAutomaton技术,在计算机上模拟出了上述合金在凝固过程中的晶粒形核与生长的过程,实现了晶粒形成与生长过程的可视化,模拟结果和金相实验结果符合得较好。