二元合金定向凝固的相場(chǎng)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(lái)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(chǎng)法微觀(guān)組織數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)Ni-Cu二元合金定向凝固的界面形態(tài)演化過(guò)程進(jìn)行了模擬仿真，刻劃了不同模擬條件下的晶體生長(zhǎng)方式，探討了定向凝固中的晶體生長(zhǎng)機(jī)制。 本文在參閱目前相場(chǎng)理論的基礎(chǔ)上，通過(guò)相場(chǎng)方程與濃度場(chǎng)

2、方程的耦合，發(fā)展了二元合金定向凝固的二維相場(chǎng)模型?；诰鶆蚓W(wǎng)格的有限差分法，采用C語(yǔ)言編制了定向凝固晶體生長(zhǎng)的相場(chǎng)法數(shù)值模擬程序，提出了胞晶尖端生長(zhǎng)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(duì)相關(guān)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了動(dòng)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(dòng)幅值α對(duì)模擬結(jié)果的影響。結(jié)果表明，隨著ξ的減小，晶體生長(zhǎng)形態(tài)由胞晶逐步

3、轉(zhuǎn)變?yōu)闃?shù)枝晶，胞晶尖端生長(zhǎng)速度增加，穩(wěn)定性下降；各向異性系數(shù)γ越小，尖端生長(zhǎng)速度越小，越易于側(cè)向分支的生長(zhǎng)，形成胞狀枝晶；熱擾動(dòng)幅值α對(duì)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(duì)微觀(guān)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(chǎng)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)