耦合相圖計(jì)算的凝固過(guò)程顯微偏析形成數(shù)值模擬.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,凝固過(guò)程的微觀數(shù)值模擬已成為當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).顯微偏析數(shù)值模擬作為凝固過(guò)程微觀模擬的研究方向之一,可以用來(lái)評(píng)價(jià)和優(yōu)化工藝,指導(dǎo)后續(xù)加工處理,提高鑄件質(zhì)量,具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.該文在前人所做工作的基礎(chǔ)上,建立了耦合相圖計(jì)算的顯微偏析模型和數(shù)值方法,在微觀計(jì)算中考慮了主要的動(dòng)力學(xué)因素,包括樹(shù)枝晶的粗化、固相溶質(zhì)逆擴(kuò)散、枝晶尖端過(guò)冷、隨溫度變化的熱物性參數(shù).宏/微觀耦合采用簡(jiǎn)化的迭代耦合方法,在宏觀計(jì)算

2、中應(yīng)用了近期先進(jìn)的潛熱處理方法.在建立顯微偏析模型和算法的基礎(chǔ)上,在VC++ 6.0平臺(tái)上開(kāi)發(fā)了合金凝固過(guò)程顯微偏析形成數(shù)值模擬軟件,并且耦合了相圖計(jì)算軟件Pandat 2.0.該文以水冷金屬型內(nèi)凝固的Al-4.5％wt Cu合金鑄錠為例進(jìn)行了仿真計(jì)算,程序運(yùn)行結(jié)果表明,該軟件具有很好的計(jì)算效率.為了驗(yàn)證所建立的顯微偏析模型以及算法,進(jìn)行了與模擬實(shí)例相同條件下的試驗(yàn)研究,并且測(cè)定了鑄錠中特定點(diǎn)的冷卻曲線和實(shí)際顯微偏析參數(shù),包括二次臂間距

3、、共晶相體積分?jǐn)?shù)、二次臂內(nèi)的溶質(zhì)分布狀況.結(jié)果表明,宏觀計(jì)算冷卻曲線與測(cè)定的冷卻曲線吻合很好,顯微偏析的模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果也比較一致.所以該文的顯微偏析模型和算法可以真實(shí)地反映合金凝固過(guò)程中顯微偏析的形成過(guò)程.該文研究了微觀時(shí)間步數(shù)對(duì)顯微偏析模擬的影響,指出基于迭代方法的顯微偏析模擬結(jié)果與微觀時(shí)間步數(shù)之間的關(guān)系為弱影響,不需大量的微觀節(jié)點(diǎn)數(shù)目即可獲得收斂很好的模擬結(jié)果;討論了枝晶尖端過(guò)冷對(duì)顯微偏析參數(shù)的影響,對(duì)于該文所研究的系統(tǒng)及凝固條