Ni-Cu二元單相合金枝晶生長的相場法數(shù)值模擬.pdf

1、微觀組織數(shù)值模擬對金屬材料的發(fā)展和應用有著重要意義，也是計算機應用于材料科學領域的主要發(fā)展方向之一。微觀組織數(shù)值模擬的方法主要有：確定性方法、隨機方法及相場法。其中相場法是一種用于描述在非平衡狀態(tài)中復雜相界面演變強有力的工具，不需要跟蹤復雜固液界面，就可實現(xiàn)模擬金屬凝固過程中枝晶生長的復雜形貌，是目前凝固組織模擬的國際前沿研究領域。
　　本文采用相場法對合金凝固過程的枝晶生長進行了數(shù)值模擬，深入探討了合金凝固過程的枝晶生長機制，為

2、最終實現(xiàn)鑄件機械性能的預測奠定了良好的基礎。采用基于均勻網(wǎng)格的有限差分離散控制方程，在網(wǎng)格剖分時采用了雙重網(wǎng)格法。數(shù)值計算時，為了避免時間步長的限制，溫度控制方程則采用交替方向隱式法（ADI算法）；并采用了窄帶固液界面法和捕獲溶質(zhì)擴散層邊界法兩種方法共同優(yōu)化相場模型的數(shù)值求解算法，大大減少了計算量，提高了計算效率。
　　在等溫凝固條件下，模擬了Ni-Cu二元合金凝固過程枝晶的等軸生長的演變過程；再現(xiàn)了等軸枝晶生長過程側(cè)向分支的競爭

3、生長、熟化過程和溶質(zhì)偏析。采用Neumann溫度邊界條件進行了合金凝固枝晶生長的非等溫模擬，研究了過冷度對枝晶生長模擬結(jié)果的影響，隨著溫度的降低，枝晶的生長速率越快，枝晶的二次晶臂越發(fā)達，枝晶中的溶質(zhì)偏析越嚴重，但當溫度降到臨界溫度1569K時，微觀偏析迅速降低。
　　多晶粒的模擬結(jié)果不同于單晶粒，枝晶相互接觸后，枝晶生長收到抑制，發(fā)生彎曲，枝晶不再對稱，連續(xù)形核模型下的多晶粒模擬結(jié)果與真實情況更為逼近。定向條件下出現(xiàn)初始平界面失