单相合金凝固过程微观组织的三维数值模拟

金属学报, 2004, 40(4): 439-444. doi: 10.3321/j.issn:0412-1961.2004.04.021

单相合金凝固过程微观组织的三维数值模拟

梁作俭 ^1, , 许庆彦 ^2, , 李嘉荣 ^3, , 袁海龙 ^4, , 刘世忠 ^5, , 柳百成 ^6,

1.清华大学机械工程系,北京,100084

2.清华大学机械工程系,北京,100084

3.北京航空材料研究院先进高温结构材料国防科技重点研究室,北京,100095

4.北京航空材料研究院先进高温结构材料国防科技重点研究室,北京,100095

5.北京航空材料研究院先进高温结构材料国防科技重点研究室,北京,100095

6.清华大学机械工程系,北京,100084

基金项目: 国家重点基础研究发展计划(973计划)(G2000067208-3) 国家自然科学基金(59990473)

关键词：微观组织 , 数值模拟 , 单相合金 , 凝固过程

THREE DIMENSIONAL NUMERICAL SIMULATION OF SOLIDIFICATION MICROSTRUCTURE OF SINGLE PHASE ALLOY

基于晶粒形核和生长物理过程及热质基本传输过程,建立了单相合金凝固过程微观组织和微观偏析形成及枝晶形貌演化的三维数学模型,模型中考虑了成分过冷、曲率过冷和各向异性等重要因素.数值模拟结果表明,所建数学模型能够合理反映质点形核、晶粒生长和柱状→等轴晶转变物理过程,温度场、溶质场和微观组织形貌的模拟计算结果合理.自由枝晶生长过程的模拟结果表明,各向异性强度对枝晶生长和最终组织形貌具有重要影响:强各向异性趋于得到分支发达的树型结构,内部组织为取向平行排列规则的二次枝晶臂簇;而弱各向异性趋于得到表面凹凸不平的近似正八面体结构.模拟结果还证实枝晶内部存在小的孤立熔池,这有助于揭示微观组织中出现点偏析和微观缩松的根本原因.

参考文献

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