溶质梯度系数对二元合金枝晶生长的影响

为了准确描述金属凝固过程中的微观特性,用相场法模拟流场下二元合金的枝晶形貌.结合C.W.Lan提出的耦合流场的相场模型,在溶质场中加入溶质梯度项,研究溶质梯度系数对合金非等温凝固过程中枝晶生长及溶质截留效应的影响.结果表明:随着溶质梯度系数的增大,上游尖端半径和尖端速率都逐渐增大,固相中的溶质浓度显著提高,溶质截留效应更加明显.另外,此模型的计算结果与Oseen-Ivantsov理论符合较好.     

温度和溶质分布对枝晶竞争生长的影响

实时观测了丁二腈-5%乙醇模型合金在定向凝固过程中枝晶的生长过程,研究了温度和溶质分布对枝晶生长形貌的影响.结果表明,两相互竞争生长的枝晶所夹击的枝晶界面上的溶质浓度由于两边枝晶生长时溶质的排泄而不断增大,溶质偏析越来越严重,最终在所夹击的枝晶上形成缩颈;多个枝晶竞争生长时,被夹在中间的枝晶,由于其他枝晶生长过程中凝固潜热的释放,夹击区域温度较高而形成一个成分过冷,使得被夹击的枝晶生长速度较小而出现缩颈.理论分析认为,提高固液界面的液体流动速度,加大温度和溶质浓度分布的不均匀,导致颈缩加剧,这与试验结果吻合.     

超声作用下模型合金的定向凝固行为

以模型合金丁二腈-5%乙醇为试验对象,研究了定向凝固过程中施加超声振动对固/液界面形貌动态演化过程的影响.结果表明,超声场可抑制定向凝固的速度,使界面形态钝化;超声施加与去除,致使界面凸起增多,晶粒细化;超声作用使熔体中产生气泡,气泡的增大、合并和崩溃引起形核增多,从而细化晶粒.