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在铸件的凝固过程,尤其是热扩散系数较大的铸造工艺(如金属型铸造),铸件/铸型界面的热交换行为是影响铸件凝固速率的重要因素,最终决定其凝固组织和力学性能。同时,铸件/铸型界面传热也是铸造凝固温度场数值模拟的一个重要边界条件,直接影响温度场模拟的准确性。界面的传热行为通常用界面传热系数(interfacial heat transfer coefficient,IHTC)或者界面热流(interfacial heat flux,IHF)定量描述。现有对铸件/铸型界面传热的研究主要针对单个界面,而对空间界面传热行为的研究鲜见报道。本文将对凝固过程界面空间(两个界面)传热进行定量求解,对界面传热空间差异的产生原因进行讨论,使用数值模拟技术,计算空间界面传热对凝固组织形成过程的影响。本文的主要研究工作包括:(1)使用反算法求解A356和Al-3wt.%Cu合金重力铸造凝固过程铸件/铸型IHTC和IHF,研究A356合金铸造凝固过程不同界面传热行为的变化规律,以及表面形貌的演变导致空间IHTC的差异;(2)以Al-3wt.%Cu凝固过程铸件/铸型IHF反算结果作为边界条件,使用元胞自动机模型(cellular automaton,CA)模拟铸件靠近界面处的凝固组织的演变,结合电子背散射衍射(electron backscattered diffraction,EBSD)技术,研究热流密度对枝晶生长速度及形貌的影响。首先,通过铝合金凝固测温实验,得到各个测温点的温度数据。基于非线性估算法(nonlinear estimation method,NEM),使用C/C++结合ANSYS参数化编程语言(APDL)设计铸造凝固过程铸件/铸型空间界面传热反算程序。通过模拟试验验证算法和程序的可行性及准确性后,使用温度实测数据及反算程序求解A356合金凝固过程铸件/铸型界面传热边界条件。A356凝固过程IHTC曲线的演变规律表明,铸件底部形成凝壳后,该界面的IHTC达到稳定;而侧部界面的IHTC稳定阶段发生在铸件体收缩完成时;底部IHTC的稳定值为750 W/(m~2·°C),约为侧部界面的3倍。此外,铸件底面与侧面的形貌分析结果表明,受铸件重力和凝固收缩的影响,凝固过程表面特征的不同导致两者IHTC的差异。为了研究空间界面传热对凝固组织形成的影响,首先建立微观组织模拟的数学物理模型,完成程序设计。选择Al-3wt.%Cu合金凝固作为组织模拟的对象。采用有限差分法(finite difference method,FDM)离散枝晶生长的温度场、浓度场等物理场方程,结合枝晶形核、生长等动力学模型,使用CA法设计枝晶生长Python程序。将Al-3wt.%Cu合金凝固过程不同界面的IHF反算结果作为CA模拟枝晶生长的传热边界条件,研究空间界面传热影响下,枝晶生长速度和形貌与热流密度的关系。选择了3个界面传热条件不同的区域进行研究,分析不同热流密度下枝晶尖端生长速度的规律,以及枝晶的竞争生长取向与热流方向的关系。使用EBSD分析实验结果并对模拟结果进行验证,讨论枝晶的竞争生长与形成组织的各向异性。