包含熔化效應(yīng)的凝固顯微組織演化的數(shù)值模擬.pdf

1、本文建立了耦合凝固和熔化效應(yīng)的二維和三維元胞自動(dòng)機(jī)(Cellular Automaton，CA)模型。采用該模型模擬了由溫度梯度區(qū)域熔化(Temperature Gradient Zone Melting，TGZM)效應(yīng)引起的糊狀區(qū)中熔池的遷移現(xiàn)象。模擬研究了抽拉速度、熔池初始位置和溫度梯度等因素對(duì)TGZM效應(yīng)的影響，將模擬結(jié)果與解析模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較驗(yàn)證。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)抽拉速度低于臨界抽拉速度時(shí)，熔池會(huì)向移動(dòng)的液相線遷移并進(jìn)入液相區(qū)

2、域;而當(dāng)抽拉速度高于臨界抽拉速度時(shí)，熔池會(huì)朝向移動(dòng)的固相線遷移。對(duì)于給定的抽拉速度，位于糊狀區(qū)內(nèi)臨界位置以上的熔池會(huì)遷移進(jìn)入液相區(qū)，而位于臨界位置以下的熔池會(huì)朝向固相線遷移。此外，溫度梯度越高，合金成分越低，熔池在糊狀區(qū)的遷移速度越快。CA模型與解析解預(yù)測(cè)結(jié)果符合良好。
　　采用透明合金原位觀察實(shí)驗(yàn)和CA模擬，分析研究溫度梯度作用下丁二腈-丙酮合金在糊狀區(qū)中的顯微組織形貌的演化。實(shí)驗(yàn)和模擬均觀察到了TGZM效應(yīng)引起的二次枝晶臂及液

3、滴向高溫方向的遷移現(xiàn)象、大枝晶臂粗化伴隨著小枝晶臂重熔、相鄰枝晶臂從尖端或根部合并的3種枝晶臂粗化模式、以及枝晶臂從根部發(fā)生熔斷等現(xiàn)象。枝晶臂的遷移速度隨溫度梯度的提高而加快;在抽拉速度大于枝晶臂平均遷移速度的條件下，隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，枝晶臂的遷移速度降低。實(shí)驗(yàn)值、解析解和模擬結(jié)果吻合良好。將初始顯微組織為等軸晶的合金在溫度梯度下進(jìn)行保溫時(shí)，晶界處首先發(fā)生熔化形成液相。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間保溫后，高溫和低溫區(qū)域的固相平均成分低于和高于初始成分，