过冷熔体定向凝固过程枝晶生长的相场法模拟

利用二元合金相场模型与溶质场进行耦合计算，以Al-4．5％Cu合金为例模拟了二元合金定向凝固的枝晶生长过程。研究了不同过冷度下二元合金过冷熔体定向凝固时枝晶的演化过程及其溶质场的分布情况。结果表明：利用相场模型可以逼真地模拟枝晶的生长过程，以及界面形貌从平界面向柱状晶生长的转变，可再现枝晶演变过程中相互之间的竞争生长和熔合现象。     

二元合金非等温凝固枝晶生长相场法模拟

基于KR模型,耦合温度场、溶质场与相场,对二元合金非等温凝固枝晶生长过程进行模拟,分析热质扩散比Lewis(刘易斯数)对枝晶生长、温度场及溶质场分布的影响。分析模拟结果表明;Lewis数低时,枝晶生长慢,热扩散比溶质浓度扩散慢,导致热量和溶质扩散层厚度变小,界面处温度梯度和溶质浓度梯度幅值减小;相反,Lewis数高时,枝晶生长快,热扩散比溶质浓度扩散快,导致热量和溶质扩散层厚度变大,界面处温度梯度和溶质浓度梯度幅值增大。     

二元合金非等温凝固枝晶生长的相场法模拟

利用相场模型与溶质场，温度场进行耦合计算，以Al-4.5%Cu合金为例模拟了二元合金非等温凝固和等温凝固的等轴枝晶生长过程。研究了扰动对过冷合金熔液中的等轴枝晶生长以及溶质场和温度场的分布的影响。结果表明：扰动的引入可以促进枝晶的二次晶臂生长，并使固相中的最高温度提高，但基本不影响枝晶尖端稳定行为；在枝晶生长过程中枝晶尖端的浓度和温度的梯度最大；在非等温凝固时枝晶没有等温凝固时发达，并且凝固界面的溶质浓度也会降低。     

相场法模拟铸铝凝固过程的枝晶生长

利用相场法对纯铝进行了数值模拟,研究了晶核半径、界面厚度等参数对晶粒形貌的影响.模拟结果与实验结果基本吻合.表明相场方法符合枝晶生长的物理机制,模拟结果接近实验结果.     

非等温凝固下Mg-Gd合金多枝晶生长的相场法模拟

建立耦合温度场的多晶相场模型,对非等温凝固下多枝晶的生长进行定量研究.发现热扩散系数越大,凝固潜热释放越快,枝晶生长速度越快,枝晶尺寸就越大;增大过冷度会导致凝固驱动力增强,凝固潜热释放速度和枝晶生长速度加快,枝晶转变的固相体积分数增大,大量溶质在液固界面处或枝晶间富集.     

枝晶生长的相场法模拟

采用相场法模拟了等温过程中枝晶长大过程。结果表明:晶粒经历了由球形经星形向复杂枝晶转变的过程;过冷度的增加使晶粒的生长速度增加。利用本模型成功模拟出各种不同择优取向的枝晶生长形貌。     

铝合金三维枝晶生长相场模拟

以相场模型为基础,耦合热噪声,对三维铝合金枝晶生长进行模拟计算．考虑到三维模拟计算量大,赋值计算单元界面标志,在界面处引入噪声,而不是全局引入噪声,加快了计算速度．在多相场模型中选用了不同的生长最优方向,与实际情况更加符合．计算结果表明,加入热噪声是二次枝晶臂产生的原因之一,加入热噪声不影响尖端的稳态行为．     

用相场方法模拟纯物质等轴枝晶生长

采用相场模型模拟了纯物质过程的等轴枝晶演化,并针对各向异性模数为４的金属镍进行了二维数值模拟,计算了正方形区域过冷熔液中的等轴枝昌基相场方程中采用３均匀网格的一般显示有限差分方法求解,通过数值计算显示了等轴枝晶的形态。     

各向异性对过冷熔体中枝晶生长影响的相场法模拟

文中采用二元合金的等温相场模型，通过在相场参数中引入界面能各向异性强度参数，以A1-4．5％Cu合金为例模拟了各向异性强度对二元合金凝固过程的枝晶生长的影响。结果表明：各向异性强度小时，枝晶形貌呈海藻态，随着各向异性强度的增大，枝晶形貌从海藻态向枝晶态转变，主枝不再分叉，成为光滑枝晶，枝晶尖端生长速度增大，曲率半径减小并逐渐趋于定值，同时模拟的结果与经典枝晶生长理论相吻合。     

Fe-C-Mn三元合金等温凝固过程枝晶生长的相场法模拟

采用相场方法模拟了Fe-1.0%C-0.1%Mn三元合金等温凝固过程二维枝晶生长,预测了溶质浓度分布以及Mn元素对枝晶形貌的影响.结果表明:Mn和C浓度分布相似,枝晶主干溶质浓度最低,而在二次枝晶臂之间形成了溶质富集浓度最高.与Fe-1.0%C合金比较,Fe-1.0%C-0.1%Mn合金由于Mn元素的添加抑制了侧向分枝的生长,使二次枝晶不发达.     

合金过冷熔体中枝晶生长的相场法研究进展

相场法作为一种模拟晶粒长大的有效方法,是目前国内外研究的热点。对铸件的凝固组织进行数值模拟,有利于深入理解凝固组织形成机制,预测铸件的凝固微观组织,优化铸件的工艺。概述了目前国内外三维晶粒微观组织数值模拟的研究进展、相关基本原理和模型,以及在模拟过程中常用的计算方法,提出了相场模型在微观组织模拟中存在的主要问题以及今后的发展方向。     

相场法模拟对流对枝晶生长的影响

基于Tong相场模型发展得到的单相场控制多晶粒相场模型,采用相场、流场及温度场三场耦合的方法,对纯镍凝固过程中的枝晶生长进行了数值模拟.时比研究了有无对流情况下,单个枝晶不同择优取向的枝晶形貌和枝晶尖端生长速度;模拟了多个晶粒的竞争生长,再现了凝固过程中的枝晶生长过程.     

过冷熔体中的树枝晶分枝机制模拟

采用胞元自动机方法,在综合考虑了成分过冷、曲率过冷和界面能各向异性后,通过在界面上施加不同振幅和波长的扰动,对枝晶的分枝机制进行了模拟计算.模拟结果表明,在不同过冷度下,枝晶的分枝程度均会随扰动波长的变化出现一个峰值,而峰值所对应的波长则随过冷度的增大而减小,扰动振幅的变化不影响峰值波长.这一定性结果与界面稳定性理论的分析取得很好的一致.     

Al-Cu合金等温凝固的相场法模拟

采用相场与浓度场耦合的相场法对Al-Cu二元合金等温凝固中的枝晶长大过程进行了一维数值模拟。在模拟中，研究了搅动及不同的过冷度对枝晶生长形貌的影响，并对相场和浓度场作了对比和分析。在数值计算过程中，利用薄的界面限制条件获得了相关的相场参数，计算采用均匀网格一般显式有限差分法。计算结果显示出与实践经验相一致的各种凝固特征。     

强制对流作用下纯Ni枝晶生长的相场法研究

基于耦合流场的Wheeler模型,采用有限差分法,对纯镍单枝晶和多枝晶生长过程进行模拟,研究了强制对流对枝晶形貌、温度分布及枝晶臂尖端生长行为的影响。结果表明,在流速为14.76 m/s的垂直强制对流作用下,单枝晶生长时逆流枝晶臂生长迅速,其尖端稳态生长速度比纯扩散时增加了47.14%;顺流枝晶臂生长缓慢,其尖端稳态生长速度比纯扩散时减小了49.72%。模拟结果与Ivanstov理论及试验结果一致。多枝晶生长时,受强制流动、晶体结构特征和生长空间的共同作用,仅有指向逆流侧外部区域的优先生长方向上的枝晶臂生长受到促进,主枝和侧枝发达,其他优先生长方向的枝晶臂生长均受到抑制,主枝和侧枝退化。