半固態(tài)球狀枝晶形成過(guò)程的相場(chǎng)法數(shù)值模擬.pdf

1、半固態(tài)成型技術(shù)的關(guān)鍵在于半固態(tài)漿料的制備，而半固態(tài)漿料制備中球狀組織的形成和球狀組織的演化過(guò)程一直是物理學(xué)家和材料學(xué)家們研究的熱點(diǎn)。微觀組織的結(jié)構(gòu)形貌決定了材料的組織性能，深入研究半固態(tài)凝固過(guò)程中枝晶生長(zhǎng)演變對(duì)進(jìn)一步提高材料性能有重要作用。相場(chǎng)法作為一種比較成熟的數(shù)值模擬方法，可以有效模擬平衡狀態(tài)下微觀枝晶組織形成過(guò)程。
　　本文以KKS相場(chǎng)模型為基礎(chǔ)，建立相場(chǎng)與流場(chǎng)和溶質(zhì)場(chǎng)相藕合的相場(chǎng)模型，結(jié)合半固態(tài)組織特點(diǎn)，引入晶核自旋，并對(duì)

2、質(zhì)量和動(dòng)量控制方程進(jìn)行求解。根據(jù)控制方程的特點(diǎn)采用不同的離散方法進(jìn)行求解。最后編制求解程序，求解離散的控制方程。通過(guò) Origin9.0數(shù)據(jù)分析軟件分析程序運(yùn)算數(shù)據(jù)得出可視化結(jié)果，從而分析枝晶生長(zhǎng)過(guò)程和各因素對(duì)枝晶形貌和溶質(zhì)分布的影響。本文分別對(duì)二元合金和三元合金進(jìn)行了數(shù)值模擬，探究半固態(tài)球狀組織的形成過(guò)程。
　　研究結(jié)果表明：晶核自旋是枝晶由樹(shù)枝狀向薔薇狀進(jìn)而向球狀轉(zhuǎn)化的重要因素。流場(chǎng)作用下熔體沖刷枝晶，使被沖刷面枝晶加速生長(zhǎng)，

3、而未被沖刷面枝晶抑制生長(zhǎng)，晶核自旋使這種促進(jìn)與抑制作用周期性對(duì)換，枝晶在各個(gè)方向上基本共同生長(zhǎng)，流速的增加和過(guò)冷度的增大都加快了枝晶的生長(zhǎng)，從而進(jìn)一步促進(jìn)枝晶向薔薇狀轉(zhuǎn)化最后形成球狀組織；枝晶自旋角速度的增加使枝晶臂彎曲程度加大進(jìn)而使枝晶有明顯旋向生長(zhǎng)趨勢(shì)；不論是對(duì)二元合金還是三元合金，流速的增加都會(huì)促使晶粒的較快生長(zhǎng)，并且二次枝晶臂生長(zhǎng)尤為明顯；初始溫度的降低使枝晶凝固時(shí)的過(guò)冷度增大，進(jìn)而加快了合金中溶質(zhì)的擴(kuò)散速度，枝晶生長(zhǎng)隨之加快。