基于多相場(chǎng)模型的二元合金層片生長(zhǎng)研究.pdf

1、材料的微觀組織決定材料的宏觀性能及使用壽命，共晶層片組織是一種普遍存在的微觀組織形態(tài)，其多存在于功能材料及結(jié)構(gòu)材料相變過程中。如何有效的控制共晶凝固過程中微觀組織的形成及深刻理解其形成規(guī)律，成為凝固研究領(lǐng)域中一個(gè)核心問題。但是共晶微觀組織具有其復(fù)雜性，有效控制其生產(chǎn)過程需要涉及大量的參數(shù)，全部運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的手段研究這些參數(shù)對(duì)共晶生長(zhǎng)過程的影響規(guī)律是不現(xiàn)實(shí)的。近年發(fā)展起來的數(shù)值模擬技術(shù)使得以上的研究成為可能，微觀組織的數(shù)值模擬不但可以降低實(shí)驗(yàn)

2、成本，還大大縮短了實(shí)驗(yàn)周期。
　　 相場(chǎng)法是微觀組織模擬手段中最常見的一種，其廣泛用于各種材料微觀組織的模擬過程。相場(chǎng)模型中包括相場(chǎng)、溫度場(chǎng)、流場(chǎng)等，其通過求解這些場(chǎng)的耦合過程來描述微觀組織的形成過程，通過改變參數(shù)，來研究微觀組織凝固過程中這些參數(shù)的影響規(guī)律，進(jìn)而達(dá)到控制微觀組織形成過程的目的。
　　 本文采用共晶多相處模型研究了共晶層片生規(guī)律及影響層片穩(wěn)定性的參數(shù)，具體結(jié)論如下:
　　 (1)在等溫凝固條件下，

3、共晶在凝固過程中，其層片形態(tài)隨著初始層片間距的改變而改變。綜合初始共晶層片間距對(duì)共晶、亞共晶、過共晶層片生長(zhǎng)模式的影響，可以看出隨著初始層片間距與各自相對(duì)應(yīng)的最小過冷度層片間距之間的差距的增大，其層片生長(zhǎng)模式發(fā)生以下變化過程:規(guī)則形態(tài)→低幅高對(duì)稱性震蕩→高幅低對(duì)稱性震蕩→形核分叉?？梢姽簿悠L(zhǎng)模式對(duì)初始過冷度層片間距具有敏感性。模擬不同成分下有機(jī)合金CBr4-C2C16的層片生長(zhǎng)模式，當(dāng)初始過冷度層片間距偏離最小過冷度層片間距的程度

4、相同時(shí)，初始溶質(zhì)濃度越小，其層片生長(zhǎng)模式越穩(wěn)定。說明共晶層片生長(zhǎng)模式對(duì)成分改變的敏感性隨著成分的增大而增長(zhǎng)。
　　 (3)初始界面過冷度跟層片穩(wěn)定性是負(fù)相關(guān)，跟凝固速率是正相關(guān)，跟固液界面的壓強(qiáng)差是負(fù)相關(guān)。界面自由能跟對(duì)層片穩(wěn)定性的影響是正相關(guān)，對(duì)凝固速率的影響是負(fù)相關(guān)，對(duì)固液界面的壓強(qiáng)差的影響是正相關(guān)。液相擴(kuò)散系數(shù)對(duì)共晶層片穩(wěn)定性的影響是正相關(guān)，對(duì)凝固速率的影響也是正相關(guān)，對(duì)固液界面的形態(tài)的影響較小。
　　 (4)對(duì)比