张 璞，侯 华，赵宇宏，靳玉春，赵宇辉，眭怀明（. 中北大学 材料科学与工程学院，太原 0005；. 河北工业职业技术学院 机电工程系，石家庄 05009；. 扬州峰明金属制品有限公司，扬州 57）

基于CAFE模型的镍基合金定向凝固过程显微组织模拟

张 璞1，侯 华1，赵宇宏1，靳玉春1，赵宇辉2，眭怀明3
（1. 中北大学 材料科学与工程学院，太原 030051；2. 河北工业职业技术学院 机电工程系，石家庄 050091；3. 扬州峰明金属制品有限公司，扬州 225117）

采用CAFE模型（Cellular automata finite element method）模拟第二代镍基高温合金CMSX4凝固过程中的晶粒生长，并探讨浇注温度和冷却速度对凝固组织的影响。结果表明：凝固开始时，首先在铸锭底部会形成一层取向随机的细小等轴晶，由于晶粒间的竞争生长，晶粒数目减小，晶粒尺寸增大，〈001〉晶向与热流方向偏离角较大的晶粒逐渐被偏离角较小的晶粒淘汰。浇注温度的提高会使晶粒尺寸变大、晶粒数目变小，而冷却速度的升高却会使晶粒尺寸变小，与理论分析一致。

镍基合金；CMSX4合金；CAFE法；定向凝固；组织演化

凝固过程的显微组织模拟是指在晶粒尺度上对铸件凝固过程进行模拟，通过对铸件凝固过程的微观模拟只需做少量实验即可预测铸件凝固组织和力学性能［1−3］。CAFE模型是其中一种微观模拟方法，是GANDIN等［4−5］基于晶体凝固模型，在 CA方法中引入晶粒的晶体学取向和枝晶尖端生长动力学，并与有限元热流计算方法相结合，形成的元胞自动机−有限元模型。其特征是：凝固区域首先用较粗的网格来计算温度场，在此网格内，划分成更细而均匀的节点，在其中采用CA模型进行形核与生长计算，CA节点是自动生成的。……