定向凝固糊状区枝晶粗化和二次臂迁移的实验和模拟

方辉¹，薛桦¹，汤倩玉¹，张庆宇¹，潘诗琰²，朱鸣芳¹

1. 东南大学材料科学与工程学院江苏省先进金属材料高技术研究重点实验室2. 南京理工大学材料科学与工程学院

摘 要：采用透明合金原位观察实验和元胞自动机（CA）模拟,对丁二腈-丙酮（SCN-ACE）合金在定向凝固过程中糊状区的枝晶形貌演化进行了分析研究。实验和模拟均观察到了由于小枝晶臂重熔、相邻枝晶臂从尖端或根部合并的3种枝晶臂粗化模式,以及由于温度梯度区域熔化（TGZM）效应所引起的二次枝晶臂向高温方向的迁移现象。结果表明,枝晶臂的迁移速率随温度梯度的提高而加快;随保温时间的延长,枝晶臂的迁移速率降低。实验值和解析解吻合良好。通过模拟证实了必须有熔化效应才能实现枝晶臂迁移和小枝晶臂重熔的粗化模式。此外,熔化效应对由相邻枝晶臂合并引起的粗化模式也有显著的促进作用。

关键词：定向凝固;枝晶;温度梯度区域熔化;元胞自动机;