Model krystalizacji w układzie dwuskładnikowym z udziałem trzech faz z wykorzystaniem automatu komórkowego

Abstract

In the first part of thesis an overview of modeling of cast iron solidification is presented. It is a short historical re-view, starting with analytical models and ending with fully numerical. The characteristics of individual models are briefly described. Chapter "Model description" presents a detailed description of the model of ductile iron solidification. It is based on cellular automaton technique. Its characteristic feature is that the shape of growing austenite and graphite grains is not supposed a priori, but is the result of model calculations. The model takes into account such phenomena as heat transfer, diffusion of carbon in liquid and austenite, release of latent heat and its impact on the conditions prevailing at the front of solidification, nucleation of austenite and graphite. The model takes into consideration nonequilibrium nature of phase transformations and the effect of curvature of the interphase boundaries on the temperature of thermodynamic equilibrium. In the experimental part simulations of ductile iron solidification were performed for hypoeutectic, eutectic and hypereutectic composition. The modeling results were compared with experimental results which were obtained for ductile iron with hypoeutectic composition and for so called transparent model substance. The modeling cooling curve was compared with the real cooling curve. In order to qualitatively comparison of calculated microstructures they were compare with real microstructures of the experimental castings.

W pierwszej części przedstawiono przegląd metod modelowania krystalizacji żeliwa. Ma on charakter krótkiego rysu historycznego począwszy od modeli analitycznych a skończywszy na modelach w pełni numerycznych. Opisano w skrócie cechy charakterystyczne poszczególnych modeli. W rozdziale „Opis modelu" zaprezentowano szczegółowy opis opracowanego modelu krystalizacji żeliwa sferoidalnego. Oparty jest on na technice automatu komórkowego. Jego cechą charakterystyczną jest to, że kształt rosnących ziaren austenitu i grafitu, nie jest z góry założony, lecz jest wynikiem obliczeń modelowych. W modelu brane są pod uwagę takie zjawiska jak: przepływ ciepła, dyfuzja węgla w cieczy i austenicie, wydzielanie się ciepła przemiany fazowej i jego wpływ na warunki panujące na froncie krystalizacji, zarodkowanie austenitu i grafitu. W modelu uwzględniono nierównowagowy charakter przemian fazowych oraz wpływ krzywizny frontu na temperaturę równowagi termodynamicznej. W części doświadczalnej wykonano modelowanie krystalizacji żeliwa o składzie podeutektycznym, eutektycznym i nadeutektycznym. Wyniki obliczeń porównano z wynikami doświadczalnymi uzyskanymi dla podeutektycznego żeliwa sferoidalnego i dla tzw. przeźroczystych substancji modelowych. Porównano ze sobą rzeczywistą krzywą chłodzenia z krzywą uzyskaną podczas obliczeń. W celu jakościowego porównania struktury zestawiono ze sobą mikrostrukturę odlewów doświadczalnych i komputerowe mapy modelowanej struktury.