多場(chǎng)耦合的多元合金凝固過(guò)程相場(chǎng)法模擬.pdf

1、計(jì)算機(jī)模擬研究可模擬合金凝固微觀組織的形成過(guò)程，預(yù)測(cè)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(chǎng)模型的基礎(chǔ)上，耦合流場(chǎng)，采用LBM算法離散流場(chǎng)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(qiáng)迫層流作用下Al-Cu二元合金等溫凝固和非等溫凝固時(shí)單晶和多晶的生長(zhǎng)過(guò)程。結(jié)果表明:與純擴(kuò)散枝晶凝固相比，流體的流動(dòng)改變了溶質(zhì)、熱量的分布，

2、使枝晶生長(zhǎng)呈現(xiàn)非對(duì)稱性;隨著流速的增加，枝晶非對(duì)稱性越來(lái)越明顯，下游部位的渦流越來(lái)越大，從而促進(jìn)了下游枝晶的生長(zhǎng)，流速的增加還使得固液界面向過(guò)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(shí)的二次枝晶較等溫凝固時(shí)發(fā)達(dá)，凝固潛熱的釋放使得熱過(guò)冷度降低，枝晶尖端曲率半徑增大，主枝晶的生長(zhǎng)受到抑制;多晶凝固過(guò)程中，在枝晶生長(zhǎng)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(dú)立生長(zhǎng);隨著枝晶的長(zhǎng)大，晶粒間距離逐漸縮小，溶質(zhì)擴(kuò)散層和溫度擴(kuò)散層相互接觸，各晶粒產(chǎn)生相互影響，生長(zhǎng)受到限制。
　　(2)模擬了Al-Cu-Mg三元合金流場(chǎng)作用下等溫凝固和非等溫凝固時(shí)單晶和多晶的枝晶生長(zhǎng)過(guò)程。結(jié)果表明:在等溫凝固枝晶生長(zhǎng)過(guò)程中，由于Mg的擴(kuò)散系數(shù)大于Cu的擴(kuò)散系數(shù)，Mg的分布較Cu均勻，隨著枝晶生長(zhǎng)，下游區(qū)域渦流越來(lái)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(zhǎng)加