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(qiáng)度、抗蠕變和抗氧化性能，而且以密度低、模量高等優(yōu)點(diǎn)而倍受重視，成為制造關(guān)鍵高溫部件，如汽車發(fā)動機(jī)排氣閥和飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片等的候選材料。TiAl合金的性能及鑄件質(zhì)量與凝固時(shí)枝晶形貌密切相關(guān)，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(guān)鍵。
　　 計(jì)算機(jī)模擬作為繼理論和實(shí)驗(yàn)之外的第三種有效手段和方法，在材料科學(xué)與工程中的到了廣泛的應(yīng)用。

2、相場法是用于描述復(fù)雜相界面演變行為的強(qiáng)有力的數(shù)值計(jì)算方法，它不需要跟蹤復(fù)雜的液/固界面，在整個(gè)求解域中采用相同的數(shù)值計(jì)算方法，就可實(shí)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(xué)軟件Thermo-Calc計(jì)算了Ti-45Al合金熱力學(xué)參數(shù)與Ti-Al二元合金相圖，并通過計(jì)算相圖的熱力學(xué)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(zhǔn)亞規(guī)則溶液，已有的相場模型不能直接應(yīng)用于Ti-45Al合金。根據(jù)計(jì)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