齒輪鋼是重要的汽車(chē)用鋼，為了有效提高齒輪鋼的強(qiáng)度和韌性，改善其熱加工性能，常常加入Cr、Mo、Ni、Ti和Si等合金元素。這類(lèi)合金元素能夠引起鋼液固相線、液相線溫度的變化，直接影響到鋼液凝固過(guò)程中晶粒的形核和長(zhǎng)大等行為，進(jìn)而對(duì)鑄坯凝固組織產(chǎn)生重要影響。鑄坯凝固組織形態(tài)是決定其內(nèi)部質(zhì)量的基礎(chǔ)，對(duì)產(chǎn)品成分均勻性、淬透性以及帶狀組織等質(zhì)量缺陷均具有重要影響。

關(guān)于金屬凝固過(guò)程微觀組織的模擬，目前主要研究方法有確定性方法、相場(chǎng)法和隨機(jī)性方法三種。隨機(jī)方法又可分為蒙特卡羅（MC）法和元胞自動(dòng)機(jī)（CA）法，Rappaz等把CA模型與有限元方法（FE）耦合起來(lái)建立的宏觀-微觀耦合模型（CAFÉ），成功地預(yù)測(cè)了從柱狀晶到等軸晶的轉(zhuǎn)變，并在試驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。北京科技大學(xué)白禮國(guó)等人利用移動(dòng)邊界法得到22CrMoH連鑄坯凝固過(guò)程中的溫度場(chǎng)，在此基礎(chǔ)上采用元胞自動(dòng)機(jī)-有限元（CAFÉ）法對(duì)22CrMoH齒輪鋼連鑄坯的微觀組織進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬組織與實(shí)際樣品組織形貌基本一致。模擬結(jié)果表明，在22CrMoH鋼號(hào)規(guī)定的范圍內(nèi)，隨著Si、Mn、Cr和Mo元素含量提高，22CrMoH鋼的液相線溫度、固相線溫度降低，枝晶尖端生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)a3減小。隨Si和Mn含量增加，等軸晶比例明顯增加，晶粒平均尺寸也呈明顯下降趨勢(shì)；Mo含量增加能夠明顯增加形核數(shù)目，晶粒尺寸隨之下降；適當(dāng)減少Cr含量有助于提高等軸晶的比例，但對(duì)晶粒數(shù)目和尺寸影響較小。