基于元胞自動機法的Fe-C合金焊縫熔池凝固過程微觀組織模擬.pdf

1、焊接過程的高溫、動態(tài)、瞬時性特點，使凝固后的熔池為非平衡凝固組織，其對焊接接頭的力學(xué)性能有重要影響。要獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭，控制焊縫熔池的凝固過程至關(guān)重要。隨著計算機的發(fā)展和凝固理論的不斷完善，用數(shù)值計算法來求解焊縫熔池的凝固過程，有助于深入理解復(fù)雜的焊接物理過程，從而為優(yōu)化焊接工藝、提高焊接接頭質(zhì)量提供理論依據(jù)。
　　本研究基于形核的物理機制和枝晶生長動力學(xué)理論，綜合考慮界面能各向異性、界面擾動、溶質(zhì)擴散、成分過冷、曲率過冷和熔池形

2、狀等因素，釆用Moore型鄰域的元胞自動機法，建立枝晶生長和溶質(zhì)分布的模擬模型。對Fe-C合金焊縫熔池凝固過程中的單、多個等軸晶，“聯(lián)生結(jié)晶”現(xiàn)象，以及柱狀晶與等軸晶的競爭生長進行模擬分析，并討論了過冷度、擾動振幅及冷卻速率對枝晶生長的影響，定量研究了枝晶尖端生長速度和二次枝晶間距。結(jié)果表明：枝晶通過競爭生長，受熱擴散、溶質(zhì)擴散控制，形成具有復(fù)雜分枝結(jié)構(gòu)的凝固組織。溶質(zhì)主要富集在枝晶臂之間，隨凝固時間的延長，富集程度加??；枝晶生長的始終

3、存在枝晶偏析，主要分布在二、三次枝晶中。過冷度同時影響著晶體形核、生長形貌及溶質(zhì)濃度，過冷度越大，晶體形貌越復(fù)雜，最高溶質(zhì)濃度越大；擾動控制著晶體分枝，增大擾動，晶體生長過程會出現(xiàn)胞狀樹枝晶、樹枝晶形式，而對溶質(zhì)富集基本無影響；冷卻速率對枝晶生長速度和溶質(zhì)濃度有影響，越大的冷卻速率可以獲得更快的枝晶生長速度，富集的溶質(zhì)濃度越高。對枝晶尖端生長速度的研究能夠確定本文所建模型的穩(wěn)定性；模擬得出的二次枝晶間距曲線圖能夠確定焊縫凝固時的冷卻速率