TIAl合金枝晶凝固的相場法模擬.pdf

1、TiAl合金具有優(yōu)良的高溫強度、抗蠕變和抗氧化性能，而且以密度低、模量高等優(yōu)點而倍受重視，成為制造關鍵高溫部件，如汽車發(fā)動機排氣閥和飛機發(fā)動機葉片等的候選材料。TiAl合金的性能及鑄件質(zhì)量與凝固時枝晶形貌密切相關，即使通過后序的熱處理來改變組織，枝晶形貌的影響也難以完全消失。所以，掌握和控制凝固過程中的枝晶生長是獲得理想產(chǎn)品的關鍵。
　　 計算機模擬作為繼理論和實驗之外的第三種有效手段和方法，在材料科學與工程中的到了廣泛的應用。

2、相場法是用于描述復雜相界面演變行為的強有力的數(shù)值計算方法，它不需要跟蹤復雜的液/固界面，在整個求解域中采用相同的數(shù)值計算方法，就可實現(xiàn)模擬過冷熔體凝固過程中的枝晶生長。本文采用相場法模擬了Ti-45Al(at％)合金枝晶凝固過程，主要內(nèi)容如下：
　　 1．構(gòu)造了Ti-45Al合金自由能函數(shù)：利用熱力學軟件Thermo-Calc計算了Ti-45Al合金熱力學參數(shù)與Ti-Al二元合金相圖，并通過計算相圖的熱力學模型構(gòu)造了Ti-45A

3、l合金液相與固相自由能密度函數(shù)，這是相場模型的重要組成部分。
　　 2．建立了Ti-45Al合金凝固相場模型：通常的相場模型為理想溶液或稀釋溶液模型，而Ti-45Al合金其溶液模型為準亞規(guī)則溶液，已有的相場模型不能直接應用于Ti-45Al合金。根據(jù)計算得到的Ti-45Al自由能函數(shù)，基于自由能泛函建立了Ti-45Al合金等溫凝固過程枝晶生長的相場模型。
　　 3．模擬了Ti-45Al合金等溫凝固過程枝晶生長：對相場控制方