金属学报

作者：朱宝丰, 李晨宇, 张士杰, 李日

单位：河北工业大学 材料科学与工程学院 天津 300401

关键词：Al-Cu合金,凝固,枝晶收缩,CA-LBM数值模型,

基金：国家自然科学基金项目(51975182)

合金铸件中微观缩孔的动态形成过程与枝晶凝固过程直接相关。为了模拟Al-4.7%Cu (质量分数)合金在凝固过程中发生的枝晶收缩现象，本工作建立了一个元胞自动机-格子Boltzmann方法(CA-LBM)耦合模型。该模型利用CA模拟枝晶生长过程中缩孔的形成，并通过LBM研究缩孔在液相中的扩散过程。首先用真空孔洞在液体中扩散均匀化的数值模拟验证了所建立的CA-LBM数值模型的正确性，然后对比计算了考虑和不考虑枝晶收缩的单枝晶凝固过程，最后计算了考虑收缩的多枝晶凝固收缩过程。对单枝晶凝固过程的计算结果表明，不考虑收缩的单枝晶在凝固结束后内部不存在孔洞，而考虑收缩的单枝晶在凝固结束后出现了均匀的微小缩孔；孔洞的出现对单枝晶的生长形貌有显著的影响，即会促进单枝晶二次分枝的出现。对多枝晶收缩模拟的结果也表明，微小孔洞出现在最后凝固的枝晶间交界处。缩孔总量的计算值与理论值的误差很小，证明所建立的数值模型是有效可靠的。

来源：2026年第3期

《金属学报》期刊编辑部

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