二元合金定向凝固的相場法數(shù)值模擬.pdf

1、定向凝固技術(shù)的理論研究也一直是凝固界的重要課題，它提供了一種有效的材料制備和成形方法，在實(shí)際生產(chǎn)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。固/液界面形態(tài)研究是凝固理論研究的重要組成部分，它與最終的凝固組織和內(nèi)部缺陷有密切的聯(lián)系。本文利用相場法微觀組織數(shù)值模擬技術(shù)，對Ni-Cu二元合金定向凝固的界面形態(tài)演化過程進(jìn)行了模擬仿真，刻劃了不同模擬條件下的晶體生長方式，探討了定向凝固中的晶體生長機(jī)制。 本文在參閱目前相場理論的基礎(chǔ)上，通過相場方程與濃度場

2、方程的耦合，發(fā)展了二元合金定向凝固的二維相場模型?；诰鶆蚓W(wǎng)格的有限差分法，采用C語言編制了定向凝固晶體生長的相場法數(shù)值模擬程序，提出了胞晶尖端生長速度、固相溶質(zhì)濃度及界面前沿溶質(zhì)分配系數(shù)等的計(jì)算方法，利用相關(guān)的圖像生成軟件，采用多點(diǎn)擬合法對相關(guān)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了動態(tài)顯示。 考慮到計(jì)算量的限制，將界面厚度處理為輸入?yún)?shù)，研究了界面厚度參數(shù)ξ、各向異性系數(shù)γ及熱擾動幅值α對模擬結(jié)果的影響。結(jié)果表明，隨著ξ的減小，晶體生長形態(tài)由胞晶逐步

3、轉(zhuǎn)變?yōu)闃渲?，胞晶尖端生長速度增加，穩(wěn)定性下降；各向異性系數(shù)γ越小，尖端生長速度越小，越易于側(cè)向分支的生長，形成胞狀枝晶；熱擾動幅值α對界面形態(tài)也有重要影響，當(dāng)α取值適當(dāng)時(shí)，便引發(fā)側(cè)向分支，形成胞狀枝晶；討論了界面自由能σ對微觀組織的影響，隨著σ的增加，得到分布較均勻的細(xì)胞晶組織，同時(shí)界面前沿溶質(zhì)擴(kuò)散層厚度減小。 利用相場法模型研究了二元合金定向凝固的溶質(zhì)截留效應(yīng)，研究結(jié)果表明，溶質(zhì)梯度系數(shù)δ影響固/液界面處溶質(zhì)擴(kuò)散層的厚度和擴(kuò)