NiCu合金枝晶生長(zhǎng)相場(chǎng)法模擬及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、凝固過(guò)程中材料的微觀組織形成與演化對(duì)材料的使用性能有著重要的影響,對(duì)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(chǎng)法采用擴(kuò)散界面模型,由于不必跟蹤固/液界面,在凝固過(guò)程微觀組織形成的數(shù)值模擬中越來(lái)越受到重視。
　　本文采用相場(chǎng)法模擬了純Ni金屬二維枝晶生長(zhǎng)、三維枝晶生長(zhǎng)以及定向凝固生長(zhǎng)過(guò)程,并將溫度場(chǎng)與溶質(zhì)場(chǎng)同相場(chǎng)模型進(jìn)行耦合,模擬了非等溫條件下NiCu合金枝晶生長(zhǎng)過(guò)程,系統(tǒng)的探討了界面動(dòng)力

2、學(xué)相關(guān)參數(shù)對(duì)金屬凝固過(guò)程枝晶生長(zhǎng)的影響。
　　界面原子運(yùn)動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)間參數(shù)較小時(shí),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(dòng)容易被放大,枝晶生長(zhǎng)速度加快,并出現(xiàn)二次分支,隨著界面原子運(yùn)動(dòng)時(shí)間參數(shù)的增大,擾動(dòng)受到抑制,枝晶生長(zhǎng)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(guò)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(shí),容易引入誤差噪聲,擾動(dòng)容易被放大,枝晶生長(zhǎng)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(rùn),枝晶生長(zhǎng)速度降低。誤差噪聲對(duì)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(shí),固相熱擴(kuò)散率較低,枝晶尖端生長(zhǎng)速度較快,凝固潛熱大量堆積在枝晶中下部,產(chǎn)生熱擾動(dòng)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(shí),