通过传统铸造工艺得到的铸件,不但初生相多为粗大的树枝晶,而且还容易产生缩松、缩孔和热裂等缺陷。因此,为了得到具有预期微观组织的优质产品,开发了许多凝固技术。但是因不能大规模生产、需要昂贵的设备或严苛的外部条件而使其应用受到不同程度的限制。所以本文提出了一种新型的受控扩散凝固技术来克服铸造此类铸件所面临的挑战。受控扩散凝固是将两种特定成分和温度的母合金快速混合以获得需要的目标合金。该工艺可以获得细小组织的铸件,且晶粒呈非枝晶形貌。但是本文并不是将高温母合金倒入低温母合金后,再机械搅拌以加速混合,而是将两种母合金同时倒入同一容器,利用对流作用进行混合。由于混合过程复杂多变,通过实验观察很难澄清母合金的混合过程与晶粒细化机理以及工艺参数的影响机理。因此,本文以亚共晶Al-8%Si合金为目标合金,采用Fluent软件模拟研究了受控扩散凝固的强制对流混合过程中流场、温度场和浓度场分布,进而预测了随后凝固时的形核率,然后与实验结果进行对比。总结出以下结论:1、受控扩散凝固的混合过程中,在湍流所产生的涡流扩散和主体对流扩散为主的宏观混合下,可以使两种母合金在没有机械搅拌的作用下形成宏观上温度、成分均匀的混合熔体,这是优于传统受控扩散凝固的混合过程。2、受控扩散凝固的混合过程提高了熔体的传热和传质能力,使混合熔体形成大量微观上成分、温度不同的区域,而混合熔体的温度仅过热几度。因此,在随后的凝固过程中,混合熔体中过冷的高溶剂含量的区域形核,增加了形核率,从而使晶粒得到细化。3、随着母合金成分中Si含量降低,混合熔体的温度场和浓度场更加均匀,但是温度场的整体温度更高,导致形核率由52%降低到11%。4、随着母合金温度的升高,浓度场均匀的更快,而混合熔体的平衡温度比目标合金的液相线温度也更高,使熔体中过冷区域减少,形核率由52%降低到0。5、随着混合时间的缩短,母合金熔体的流速更快,混合过程中的对流作用更强,温度场和浓度场更均匀,同时形核的区域增加,形核率由38%提高到52%。6、实验结果显示:Al-8%Si合金初生α-Al晶粒的尺寸随母合金成分、母合金温度、混合时间的变化趋势与上述预测结果相符,说明用Fluent软件模拟受控扩散凝固中的混合过程及定性预测形核率是可行的。