二元合金非等溫凝固枝晶生長(zhǎng)的相場(chǎng)法模擬.pdf

1、相場(chǎng)法不需要跟蹤復(fù)雜固/液界面，就可模擬金屬凝固過(guò)程中枝晶生長(zhǎng)的復(fù)雜形貌，最終獲得微觀組織形成規(guī)律，從而達(dá)到預(yù)測(cè)和控制凝固微觀組織與性能的目的，并可有效地減少在材料優(yōu)化和工藝設(shè)計(jì)等方面所必須進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)已成為凝固組織模擬的國(guó)際前沿研究領(lǐng)域之一，對(duì)金屬材料凝固模擬的發(fā)展和應(yīng)用有著十分重要的意義。 等溫相場(chǎng)模型簡(jiǎn)化了相場(chǎng)控制方程，忽略了鑄件凝固時(shí)潛熱的釋放，本文在根據(jù)已有的相場(chǎng)等溫模型的基礎(chǔ)之上，考慮了鑄件凝固中潛熱的釋放，推

2、導(dǎo)建立了二元合金非等溫凝固枝晶生長(zhǎng)的相場(chǎng)控制模型，并有效的將相場(chǎng)與溫度場(chǎng)、濃度場(chǎng)耦合，比較真實(shí)的對(duì)凝固過(guò)程進(jìn)行模擬，再現(xiàn)了凝固過(guò)程，并利用相關(guān)軟件及有效方法對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了相關(guān)的分析與討論。同時(shí)，在程序的實(shí)現(xiàn)中，分別對(duì)相場(chǎng)方程，溶質(zhì)場(chǎng)方程采用顯式差分和對(duì)溫度場(chǎng)方程采用顯隱式差分(ADI)格式進(jìn)行離散，采用C語(yǔ)言完成相關(guān)程序的編制，成功克服了熱擴(kuò)散系數(shù)和溶質(zhì)擴(kuò)散率數(shù)量級(jí)的差異所造成計(jì)算量大的困難。 通過(guò)對(duì)Ni-Cu二元合金等溫模擬

3、與非等溫模擬的對(duì)比發(fā)現(xiàn)：結(jié)晶潛熱的釋放，使固相溫度比液相中高，而且在固相內(nèi)二次枝晶生長(zhǎng)較為集中的區(qū)域溫度最高，發(fā)生明顯的重熔現(xiàn)象。潛熱的釋放使液相中的過(guò)冷度降低，同一凝固時(shí)間非等溫凝固時(shí)的固相率相對(duì)較小，并隨著時(shí)間變化固相率的差距也在增大，枝晶沒(méi)有等溫凝固時(shí)的發(fā)達(dá)，初生枝晶長(zhǎng)度明顯比等溫凝固時(shí)的短。非等溫凝固考慮了凝固時(shí)潛熱的釋放，枝晶尖端溫度升高，較高的溫度利于溶質(zhì)的擴(kuò)散，所以非等溫條件下的固/液界面溶質(zhì)濃度較低，凝固固相溶質(zhì)濃度較高