| 题名 | 小晶面枝晶生长的相场法模拟研究 |
| 作者 | 王宝成 |
| 答辩日期 | 2014 |
| 导师 | 王智平 |
| 关键词 | 小晶面 相场法 数值模拟 微观组织 二元合金 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 铸造生产,即将液态合金熔体浇注到铸型中使之冷却、凝固,得到具有一定形状和尺寸的金属制品的生产过程。在宏观尺寸上,凝固成形过程赋予了金属产品特定的形状,在微观上决定了金属产品的组织、结构和性能。金属铸件的综合机械性能及使用性能的优劣直接受到凝固成形过程中微观组织变化的影响,有效地控制或引导凝固过程中微观组织的形成对于生产出具有优良综合机械加工性能的铸件意义重大。相场法作为一种有效地预测过冷熔体凝固过程的数值模拟计算方法,在模拟枝晶生长方面得到了广泛的应用。强的各向异性或外场作用条件下,金属／合金凝固过程晶体的形核和长大将以小晶面枝晶的生长机理进行。本文阐述了国内外采用相场法模拟小晶面枝晶生长的研究现状,对不同的模拟结果进行了分析讨论。在Kim等人提出的相场模型的基础上,本文应用界面能的校正形式,建立二元合金小晶面枝晶生长的相场模型,对Si-10%Ni稀溶液二元合金小晶面枝晶生长进行了模拟,并提出了该领域进一步的研究方向。模拟结果表明,当各向异性强度系数超过临界值v=1/15,枝晶生长表现出小晶面生长形态,枝晶尖端曲率效应消失,呈现出棱角状的不连续结构;在枝晶主支上产生大量侧向分支。通过将模拟结果与实验观察的对比分析,验证了小晶面枝晶生长相场模型的有效性。界面厚度对小晶面枝晶的生长形貌、溶质场再分配以及枝晶生长速度有着重要的影响：薄的扩散界面有利于凝固潜热的释放,促进了固-液界面向液相中推进,使得热扰动增加,利于二次枝晶以及高次枝晶的形成;由于较小的界面厚度个有利于溶质原子扩散和结晶潜热的释放,所以随着界面厚度的增加,枝晶生长速度不断减小。过冷度作为熔体凝固的先决条件,其取值的大小直接关乎小晶面枝晶形貌以及生长速度的变化：随着过冷度的增加,枝晶生长速度加快,二次枝晶臂产生数量增多。随着各向异性系数v值得不断增大,二次枝晶愈加发达,二次枝晶数量增多,枝晶臂粗化,由此引发的溶质截留效应突出,同时小晶面枝晶宏观特征越发明显,具有晶面状晶体特征。在v值小于临界值前枝晶生长速度随v值增加而递增,但当v值超过临界值时小晶面致敬的生长速度反而降低,且生长速度曲线下降趋势较缓。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 67 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/90611]  |
| 专题 | 能源与动力工程学院 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王宝成. 小晶面枝晶生长的相场法模拟研究[D]. 2014. |
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