強(qiáng)迫對(duì)流下共晶組織生長(zhǎng)的相場(chǎng)法模擬.pdf

1、共晶層片是合金凝固過(guò)程中普遍存在的組織現(xiàn)象，實(shí)際鑄造過(guò)程中是空間三維立體的，利用二維相場(chǎng)模型模擬的結(jié)果并不能完全真實(shí)地表征共晶凝固的微觀組織形貌。對(duì)流存在于合金的凝固過(guò)程中是不容置疑的事實(shí)，且熔融液體內(nèi)的物質(zhì)以及熱量的傳輸，一方面依賴于擴(kuò)散作用，另一方面嚴(yán)重受到液體流動(dòng)的影響，金屬液的流動(dòng)明顯地改變了晶體凝固過(guò)程中溶質(zhì)場(chǎng)的分布，直接改變了共晶層片的生長(zhǎng)過(guò)程，使最終形成與擴(kuò)散條件下完全不同的共晶層片微觀組織。材料的微觀組織影響著材料的宏觀

2、性能，因此研究流場(chǎng)作用下三維共晶生長(zhǎng)的形貌演化是相當(dāng)有意義的研究課題。本文采用耦合相場(chǎng)模型和計(jì)算流場(chǎng) LBM模型的數(shù)值模擬方法，以CBr4-C2Cl6(四溴化碳一六氯乙烷)為例，主要研究強(qiáng)迫對(duì)流下等溫凝固過(guò)程中三維層片共晶生長(zhǎng)的形貌演化問(wèn)題。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在等溫凝固條件下，液體流動(dòng)明顯改變了層片共晶的生長(zhǎng)形貌，由垂直于固液界面對(duì)稱、周期性交替生長(zhǎng)→傾斜于逆流方向及界面前沿出現(xiàn)異相形核的生長(zhǎng)模式；液體流動(dòng)使共晶組織的生

3、長(zhǎng)速度加快。⑵在不同的液體流動(dòng)方向時(shí)，層片共晶組織的生長(zhǎng)形貌出現(xiàn)明顯的差異；無(wú)流場(chǎng)時(shí)，層片呈垂直于固液界面對(duì)稱性生長(zhǎng)模式；當(dāng)液體流動(dòng)方向與 Y方向（共晶層片的平行方向）夾角θ=0°時(shí)，液體流動(dòng)對(duì)共晶生長(zhǎng)形貌無(wú)明顯影響；當(dāng)夾角θ=45°與θ=90°時(shí)，共晶層片呈振蕩不穩(wěn)定、層片前沿異相形核分叉及傾斜于逆流方向生長(zhǎng)的模式；夾角θ=45°比θ=90°更早出現(xiàn)因?qū)悠g距調(diào)整即層片間距減小、層片對(duì)數(shù)增加的現(xiàn)象。⑶隨著流速的不斷增大，共晶層片生長(zhǎng)速

4、度加快及傾斜于逆流方向生長(zhǎng)越明顯。過(guò)冷度的變化與層片生長(zhǎng)速度是正相關(guān)，與層片間距是負(fù)相關(guān)；隨著過(guò)冷度的增大，共晶層片在溶質(zhì)擴(kuò)散及流場(chǎng)的作用下通過(guò)形核及分叉機(jī)理實(shí)現(xiàn)層片間距的調(diào)整以至穩(wěn)態(tài)生長(zhǎng)。⑷亞共晶和過(guò)共晶成分時(shí)隨著初始層片間距的增大：純擴(kuò)散下共晶層片的生長(zhǎng)形貌依次為：垂直于界面對(duì)稱性穩(wěn)態(tài)生長(zhǎng)→低幅振蕩態(tài)不穩(wěn)定→大幅度的振蕩態(tài)不穩(wěn)定；強(qiáng)迫對(duì)流下層片的生長(zhǎng)形貌為：逆流生長(zhǎng)及低幅振蕩不穩(wěn)定→層片前沿一次形核與分叉、振蕩及逆流生長(zhǎng)→多次形核與