单相合金凝固过程微观组织的三维数值模拟
来源期刊：金属学报2004年第4期
论文作者：刘世忠 李嘉荣 柳百成 梁作俭 袁海龙 许庆彦
关键词：微观组织; 数值模拟; 单相合金; 凝固过程;
摘 要：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.
刘世忠1，李嘉荣1，柳百成2，梁作俭2，袁海龙1，许庆彦2
(1.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;
2.清华大学机械工程系,北京,100084)
摘要: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.
关键词:微观组织; 数值模拟; 单相合金; 凝固过程;
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