NiCu合金枝晶生長相場法模擬及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、凝固過程中材料的微觀組織形成與演化對材料的使用性能有著重要的影響,對凝固微觀組織進(jìn)行數(shù)值模擬,有助于深入理解材料微觀組織的性質(zhì),優(yōu)化金屬鑄件加工工藝。相場法采用擴(kuò)散界面模型,由于不必跟蹤固/液界面,在凝固過程微觀組織形成的數(shù)值模擬中越來越受到重視。
　　本文采用相場法模擬了純Ni金屬二維枝晶生長、三維枝晶生長以及定向凝固生長過程,并將溫度場與溶質(zhì)場同相場模型進(jìn)行耦合,模擬了非等溫條件下NiCu合金枝晶生長過程,系統(tǒng)的探討了界面動力

2、學(xué)相關(guān)參數(shù)對金屬凝固過程枝晶生長的影響。
　　界面原子運(yùn)動時間參數(shù)表征原子由液相向固/液界面添加的快慢,當(dāng)界面原子運(yùn)動時間參數(shù)較小時,原子添加速度較快,固/液界面向液相推進(jìn)速度加快,固/液界面前沿變的不穩(wěn)定,擾動容易被放大,枝晶生長速度加快,并出現(xiàn)二次分支,隨著界面原子運(yùn)動時間參數(shù)的增大,擾動受到抑制,枝晶生長速度降低,枝晶呈現(xiàn)光滑的形貌。模擬得到的結(jié)果同微觀可解析理論一致,驗(yàn)證了模擬的準(zhǔn)確性。
　　模擬過程中界面厚度不僅影

3、響到枝晶模擬的真實(shí)性,又能影響數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性。界面厚度較大時,容易引入誤差噪聲,擾動容易被放大,枝晶生長速度加快,枝晶形貌粗大并產(chǎn)生側(cè)向分支,隨著界面厚度的減小,誤差噪聲受到抑制,枝晶形貌光滑圓潤,枝晶生長速度降低。誤差噪聲對模擬的最終結(jié)果影響很大,必須嚴(yán)格控制誤差噪聲。
　　固/液界面熱擴(kuò)散系數(shù)比較小時,固相熱擴(kuò)散率較低,枝晶尖端生長速度較快,凝固潛熱大量堆積在枝晶中下部,產(chǎn)生熱擾動并誘發(fā)側(cè)向分支;當(dāng)固液界面熱擴(kuò)散系數(shù)較大時,