多場耦合的多元合金凝固過程相場法模擬.pdf

1、計算機模擬研究可模擬合金凝固微觀組織的形成過程，預(yù)測鑄件的性能和使用壽命，為生產(chǎn)提供合理的工藝，提高合金的凝固質(zhì)量。本文在KKS相場模型的基礎(chǔ)上，耦合流場，采用LBM算法離散流場控制方程，建立了LBM-PF模型，并以Al-Cu系列合金為例進(jìn)行了模擬研究。
　　(1)采用LBM-PF模型模擬了強迫層流作用下Al-Cu二元合金等溫凝固和非等溫凝固時單晶和多晶的生長過程。結(jié)果表明:與純擴散枝晶凝固相比，流體的流動改變了溶質(zhì)、熱量的分布，

2、使枝晶生長呈現(xiàn)非對稱性;隨著流速的增加，枝晶非對稱性越來越明顯，下游部位的渦流越來越大，從而促進(jìn)了下游枝晶的生長，流速的增加還使得固液界面向過冷熔體內(nèi)的遷移速度以及枝晶尖端曲率半徑增大，枝晶界面的穩(wěn)定性被打破，枝晶臂間距離縮小，界面變的凹凸不平，形貌各異，這與M-S失穩(wěn)理論相吻合;非等溫凝固時的二次枝晶較等溫凝固時發(fā)達(dá)，凝固潛熱的釋放使得熱過冷度降低，枝晶尖端曲率半徑增大，主枝晶的生長受到抑制;多晶凝固過程中，在枝晶生長初期，由于晶粒間

3、距離較遠(yuǎn)，未產(chǎn)生相互影響，各晶粒獨立生長;隨著枝晶的長大，晶粒間距離逐漸縮小，溶質(zhì)擴散層和溫度擴散層相互接觸，各晶粒產(chǎn)生相互影響，生長受到限制。
　　(2)模擬了Al-Cu-Mg三元合金流場作用下等溫凝固和非等溫凝固時單晶和多晶的枝晶生長過程。結(jié)果表明:在等溫凝固枝晶生長過程中，由于Mg的擴散系數(shù)大于Cu的擴散系數(shù)，Mg的分布較Cu均勻，隨著枝晶生長，下游區(qū)域渦流越來越大，渦流將下游界面前沿積聚的溶質(zhì)帶到遠(yuǎn)離枝晶的區(qū)域，枝晶生長加