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本文基于Ginzberg-Landau理论,发展了一个改进的二元合金相场模型.并利用该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等温凝固的枝晶演变过程.实现了逼真地模拟二元合金凝固过程的等轴枝晶演变,得到了二次或更高次晶臂生长等复杂的枝晶形貌.溶质场分布由枝晶生长过程所决定,枝晶初生晶臂中心的溶质浓度最低,在被二次晶臂包围的界面区域的溶质浓度最高;固溶界面区域具有较大的溶度梯度,其中枝晶尖端的梯度最大.相场法模拟计算得到的Peclet数的值与Lvantsov理论计算值吻合较好,从而验证计算结果的正确性. 相似文献
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基于Karma的薄界面极限相场模型,研究了相场和温度场耦合强度对过冷纯Ni熔体中枝晶生长行为的影响。模拟结果表明:随着热耦合强度的减弱,相场受温度场的影响作用减弱,固-液相界面前沿扰动变大,主枝出现二次枝晶并逐渐发达粗化,其粗化方式由缩颈熔断向枝晶臂合并方式转变。同时,枝晶尖端的生长速率增大、曲率半径减小。瞬态过程中枝晶尖端生长速度大于稳态生长速度,随着生长过程的进行,枝晶尖端生长速度逐渐降低,直至达到稳态值,计算结果与微观可解理论吻合良好。 相似文献
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基于KGT模型,计算了铸造Mg-6Zn合金的枝晶生长速度与生长半径,并运用Hunt模型以及Trivedi模型计算了Mg-6Zn合金的一次枝晶与二次枝晶间距,在光学显微镜下测量了合金的等轴枝晶臂间距与等轴晶内的二次枝晶间距。结果表明,计算值与实际测量的平均值在同一数量级,且数值较为接近。 相似文献
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强制对流作用下镁合金枝晶生长的相场法数值模拟 总被引:2,自引:1,他引:1
基于Wheeler等提出的纯扩散相场模型,针对hcp晶系镁合金建立耦合温度场、溶质场和流场的相场模型,研究强制对流作用下镁合金凝固过程中单枝晶和多枝晶的生长行为。结果表明:在流速为17.19m/s的垂直强制对流作用下,流体逆流侧3个方向的枝晶臂明显比流体顺流侧3个方向的枝晶臂生长得快,逆流方向枝晶臂的稳态生长速度比纯扩散时的增加78.0%,顺流方向枝晶臂的稳态生长速度比纯扩散时的减小53.7%;各枝晶的臂长存在很大差异,枝晶形貌的六重对称性被严重破坏;在多枝晶生长时,相向生长的枝晶互相影响并竞相生长,不同枝晶的枝晶臂彼此抑制,最终形成不对称的枝晶形貌。 相似文献
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深入理解高温合金定向凝固杂晶演化具有重要的科学和工程意义,其中枝晶竞争生长是揭示晶界演化与淘汰的关键环节。定向凝固双晶竞争生长的实验研究证实了传统尖端过冷度理论的局限性,定量相场模拟的研究获得了大量统计规律,促进了人们对定向凝固双晶竞争生长的理解。本研究在薄板状试样的定向凝固过程中,同时获得了大量的不同取向竞争生长的枝晶,通过拼接金相显微组织同时获得多个晶界的取向演化规律。结果表明,枝晶列竞争生长主要通过晶界两侧不同取向一次枝晶臂及二次枝晶臂的交互作用实现。在汇聚生长过程中,择优枝晶一次臂阻挡非择优枝晶,并且择优枝晶自身无法形成三次臂,导致晶界方向沿择优枝晶生长方向。发散生长过程中,处于温度梯度方向一侧时,两列枝晶的竞争生长方式以非择优枝晶新生三次臂为主,晶界以沿择优枝晶方向生长为主;当两列枝晶处于温度梯度不同侧时,两列枝晶均有三次臂新生的概率,其晶界在两列枝晶取向之间。实验统计结果给出了晶界随两列竞争生长枝晶的取向的变化规律,与定量相场模拟结果吻合。商业软件ProCAST的CAFE计算晶粒定向竞争生长晶界演化统计结果与实验结果存在较大偏差,其主要原因是CAFE仅给出晶粒尺度的轮廓信息,未考虑溶质扩散及二次臂的竞争。本研究获得的薄板状试样枝晶竞争生长的统计规律,对认识高温合金定向凝固过程中晶界取向的演化具有重要的意义,对柱状晶叶片的制备具有指导意义。 相似文献
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《Acta Materialia》1999,47(3):971-982
A novel mesoscopic modeling technique has been developed to simulate the unsteady growth of multiple equiaxed dendritic grains into a supercooled melt of a pure substance. In the model, the numerical calculation of the temperature field in the supercooled melt between the grains is coupled with a stagnant-film model for dendrite tip growth, such that without resolving individual dendrite arms the evolution of the grain envelope and the internal solid fraction can be predicted. The simulations are in good agreement with experiments for the growth of a single dendritic grain of the model substance succinonitrile. The model is then applied to simulate the growth of various configurations of up to 14 strongly interacting grains. The results indicate that the use of local analytical solutions in numerical calculations is a viable technique for simulating large-scale dendritic growth phenomena. 相似文献
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1种新的模拟铝合金铸态组织的随机性方法 总被引:2,自引:1,他引:2
采用1种新的随机性模拟方法并与宏观传热过程相耦合,对铝合金的微观组织进行了模拟研究。计算中采用了简化的枝晶形状。建立了简化的枝晶形状的物理与数学模型,并提出了1种形状函数来描述晶粒的外部轮廓。基于简化的晶粒形状,采用坐标变换技术来描述过冷液相中晶粒的生长过程及其对周围节点的捕获过程。连续形核模型被用来处理异质形核现象,在生长模型中则考虑了枝晶尖端生长动力学和择优生长方向。开发了等轴晶生长的模拟程序,并进行了二维计算。进行了浇注金属型和砂型试样的模拟验证实验。结果表明,对两种不同的工艺,所得到的晶粒组织不同,金属型铸造时得到的晶粒尺寸较小,砂型铸造的较大。模拟结果与金相观察结果相符。 相似文献
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采用元胞自动机法和有限差分法建立了宏微观耦合下的焊接熔池微观组织凝固模型,对Ti-45Al合金焊后凝固过程中的枝晶生长形貌和溶质场浓度分布进行模拟,并通过试验对模拟结果进行验证. 讨论分析了焊接热输入、内部形核数和表面传热系数对枝晶生长及形貌的影响. 结果表明,熔池内的组织主要由柱状晶和等轴晶两种形态组成. 热输入的增加和传热系数的减少均有助于柱状晶的生长,而内部形核数越大则越有利于等轴晶的生长. 所建立模型的计算结果与试验结果在关于枝晶生长的定向研究中有较好吻合. 相似文献
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《International Journal of Cast Metals Research》2013,26(1-4):30-33
AbstractCapabilities of the X-ray attenuation contrast radioscopy were utilised to provide a real time diagnostic technique for observations of dendritic growth and fragmentation during solidification of a Ga–30In (wt-%) alloy. The solidification process was visualised by means of a microfocus X-ray tube providing shadow radiographs at spatial resolutions of about 10 μm. Experiments have been carried out to solidify the Ga–In alloy unidirectionally either starting from the bottom or the top of the specimen. The first case is significantly affected by solutal convection, which governs a redistribution of solute concentration. A detachment of dendrite side arms, which is unambiguously caused by melt flow, was not observed. Dendritic fragmentation occurs during the solidification in the reverse top down direction. Variations of the applied cooling rate excited a transition from a columnar to an equiaxed dendritic growth (CET). 相似文献
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向熔融三号工业纯Cu中加入微量Li,得到表面光滑、内部致密的铜锭。研究Li对工业纯Cu结晶形态的影响,结果表明:Li能消除合金凝固的枝晶区并使之转变为等轴晶区。最后从凝固理论及凝固过程热分析出发,初步探讨其成因 相似文献
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《International Journal of Cast Metals Research》2013,26(1-4):323-326
AbstractTo treat mixed columnar–equiaxed solidification with dendritic morphology, five phase regions have been distinguished: extradendritic melt, interdendritic melt and solid dendrites in equiaxed grains, interdendritic melt and solid dendrites in columnar arrays of dendrites. These five phases are quantified by their volume fractions, and characterized by different volume-averaged solute concentrations. The equiaxed grains and columnar dendrites are confined by their envelopes, whose shapes are described by morphological parameters. The evolution of the envelopes is derived based on recent growth theories: the growth of primary columnar dendrite tips by the Kurz–Giovanola–Trivedi (KGT) model, the growth of secondary dendrite tips in radial direction of columnar trunk and the equiaxed dendrite tips by the Lipton–Glicksman–Kurz (LGK) model. The solidification of the interdendritic melt is governed by diffusion in the interdendritic melt region. Preliminary modelling results on a benchmark casting (Al–4·7wt-% Cu) show the potentials of the model. 相似文献
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二元合金等轴枝晶生长相场模拟 总被引:2,自引:0,他引:2
在传统纯物质相场模型的基础上,对其中的体系自由能进行重新构造,得到一个紧密联系相图且综合考虑了传热、溶质扩散、界面能各向异性和界面动力学各向异性等适用于二元合金枝晶生长的新相场模型,并利用该模型结合一种能显著提高计算效率的“临界面点相场大梯度计算域控制法”,对AJ-7Si合金在初始过冷度分别为35K和50K的过冷熔体中等轴枝晶生长进行了模拟,得到许多与试验观察相符合的结果;同时在枝晶生长过程中跟踪枝晶主轴尖端,获得其尖端半径和尖端速率,发现随着凝固时间的增加,逐渐收敛,直到枝晶达到稳定生长,而且通过简化KGT模型计算的枝晶尖端的生长速率与模拟值相近。另外,就过冷度对等轴枝晶生长的影响进行了分析。 相似文献