Ni-Cu二元單相合金枝晶生長(zhǎng)的相場(chǎng)法數(shù)值模擬.pdf

1、微觀組織數(shù)值模擬對(duì)金屬材料的發(fā)展和應(yīng)用有著重要意義，也是計(jì)算機(jī)應(yīng)用于材料科學(xué)領(lǐng)域的主要發(fā)展方向之一。微觀組織數(shù)值模擬的方法主要有：確定性方法、隨機(jī)方法及相場(chǎng)法。其中相場(chǎng)法是一種用于描述在非平衡狀態(tài)中復(fù)雜相界面演變強(qiáng)有力的工具，不需要跟蹤復(fù)雜固液界面，就可實(shí)現(xiàn)模擬金屬凝固過(guò)程中枝晶生長(zhǎng)的復(fù)雜形貌，是目前凝固組織模擬的國(guó)際前沿研究領(lǐng)域。
　　本文采用相場(chǎng)法對(duì)合金凝固過(guò)程的枝晶生長(zhǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，深入探討了合金凝固過(guò)程的枝晶生長(zhǎng)機(jī)制，為

2、最終實(shí)現(xiàn)鑄件機(jī)械性能的預(yù)測(cè)奠定了良好的基礎(chǔ)。采用基于均勻網(wǎng)格的有限差分離散控制方程，在網(wǎng)格剖分時(shí)采用了雙重網(wǎng)格法。數(shù)值計(jì)算時(shí)，為了避免時(shí)間步長(zhǎng)的限制，溫度控制方程則采用交替方向隱式法（ADI算法）；并采用了窄帶固液界面法和捕獲溶質(zhì)擴(kuò)散層邊界法兩種方法共同優(yōu)化相場(chǎng)模型的數(shù)值求解算法，大大減少了計(jì)算量，提高了計(jì)算效率。
　　在等溫凝固條件下，模擬了Ni-Cu二元合金凝固過(guò)程枝晶的等軸生長(zhǎng)的演變過(guò)程；再現(xiàn)了等軸枝晶生長(zhǎng)過(guò)程側(cè)向分支的競(jìng)爭(zhēng)

3、生長(zhǎng)、熟化過(guò)程和溶質(zhì)偏析。采用Neumann溫度邊界條件進(jìn)行了合金凝固枝晶生長(zhǎng)的非等溫模擬，研究了過(guò)冷度對(duì)枝晶生長(zhǎng)模擬結(jié)果的影響，隨著溫度的降低，枝晶的生長(zhǎng)速率越快，枝晶的二次晶臂越發(fā)達(dá)，枝晶中的溶質(zhì)偏析越嚴(yán)重，但當(dāng)溫度降到臨界溫度1569K時(shí)，微觀偏析迅速降低。
　　多晶粒的模擬結(jié)果不同于單晶粒，枝晶相互接觸后，枝晶生長(zhǎng)收到抑制，發(fā)生彎曲，枝晶不再對(duì)稱，連續(xù)形核模型下的多晶粒模擬結(jié)果與真實(shí)情況更為逼近。定向條件下出現(xiàn)初始平界面失