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。     

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.     

过冷熔体中非等温凝固枝晶生长相场法模拟

基于二元合金相场模型,建立了耦合溶质场和温度场的相场模型.采用有限差分法对控制方程进行了数值求解,模拟了Al-Cu二元合金非等温凝固时枝晶生长过程,研究了过冷度对等轴枝晶生长行为的影响.结果表明:过冷度越大,枝晶的侧向越发达,甚至三次枝晶出现,枝晶尖端生长速度越大,计算范围内温差越大.     

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。     

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.     

过冷金属熔体中枝晶生长的相场法模拟

采用相场模型和有限差分法，模拟了过冷金属熔体的枝晶生长，系统研究相场模型中相场和温度场耦合系数（λ）、热扩散系数（DT）以及界面原子运动时间参数（T0）对枝晶形貌的影响。模拟结果表明，随着相场和温度场耦合系数的增大，晶粒形貌由紧实枝晶向海藻态转变；随着热扩散系数和界面原子运动时间参数的增大．晶粒形貌由光滑枝晶向紧实枝晶转变。     

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。     

铸铝枝晶生长的相场法模拟

简介了相场方法,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。     

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。     

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.     

定向凝固微观组织的相场法模拟研究进展

定向凝固过程中的界面形态对凝固组织有着决定性作用，相场法可以很好地展示凝固过程界面形态的演化。阐述了二元合金定向凝固相场方法数值模拟的基本原理及国内外研究现状，以Ni-Cu二元合金为例，采用相场法模拟了定向凝固过程中界面形态的演化，并指出该领域目前所面临的问题及进一步的研究方向。     

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。     

Dendritic Growth in an Aluminum-Silicon Alloy

Unidirectional solidification experiments have been carried out on an Al-3 wt.% Si alloy as a function of temperature gradient, G and growth rate, V. The samples were solidified under steady-state conditions with a constant growth rate of 8.20 μm/s at different temperature gradients (1.97-6.84 K/mm) and with a constant temperature gradient (6.84 K/mm) at different growth rates (8.20-492.76 μm/s). Microstructure parameters (primary dendrite arm spacing, λ₁, secondary dendrite arm spacing, λ₂, dendrite tip radius, R and mushy zone depth, d) were measured as a function of temperature gradient and growth rate. The experimental results have been compared with the current theoretical models and similar experimental works.     

金属过冷熔体等轴枝晶生长的相场方法研究

在纯物质相场模型中,采用计算效率较高的邻界面点相场大梯度计算域控制法,模拟了纯金属在无量纲过冷度为0．55熔体中等轴枝晶的生长演化过程,得到与实验观察相符合的等轴枝晶生长规律,通过加入形式较简单的热扰动,产生了明显的二次枝晶臂,有的二次枝晶臂上还出现了三次枝晶臂。同时计算了枝晶晶轴尖端的无量纲生长速度和曲率半径,并求出Peclet数。计算结果与微观可求解理论和Ivantsov理论吻合良好。     

合金定向凝固相场模型数值模拟的发展

综述了相场模型在模拟合金定向凝固过程中的应用。将合金定向凝固中的两个重要参数(生长速度和温度梯度)从理论角度计算得到的数值应用在模拟过程中,把模拟结果与理论结果进行对比得到结论,同时在模拟过程中采用温度冻结近似以简化计算。     

包晶合金的定向凝固与生长

综述了包晶合金定向凝固中包晶相的形核与生长机制，讨论了利用最高界面生长温度假设以及成分过冷和充分形核判据下包晶合金的微观组织与相选择规律，对包晶相的3种生长机制进行了分析，并在Sn-Cu包晶合金定向凝固实验中发现其包晶反应不仅存在于凝固界面处，在后续冷却过程中也能进行，最后针对国内外包晶合金定向凝固研究的现状，提出了其需要进一步研究的问题。     

AZ31镁合金定向凝固的有限元模拟

定向凝固技术是获得新型功能材料的一种重要手段。基于有限元算法,对采用传统法和定向凝固法铸造的AZ31镁合金内部温度、应力、应变分别进行了仿真模拟。结果表明,采用定向凝固法铸造的AZ31镁合金,其内部温度为单相分布,更有利于形成柱状晶,从而提高Az31镁合金的性能。