強迫對流下共晶組織生長的相場法模擬.pdf

1、共晶層片是合金凝固過程中普遍存在的組織現(xiàn)象，實際鑄造過程中是空間三維立體的，利用二維相場模型模擬的結(jié)果并不能完全真實地表征共晶凝固的微觀組織形貌。對流存在于合金的凝固過程中是不容置疑的事實，且熔融液體內(nèi)的物質(zhì)以及熱量的傳輸，一方面依賴于擴(kuò)散作用，另一方面嚴(yán)重受到液體流動的影響，金屬液的流動明顯地改變了晶體凝固過程中溶質(zhì)場的分布，直接改變了共晶層片的生長過程，使最終形成與擴(kuò)散條件下完全不同的共晶層片微觀組織。材料的微觀組織影響著材料的宏觀

2、性能，因此研究流場作用下三維共晶生長的形貌演化是相當(dāng)有意義的研究課題。本文采用耦合相場模型和計算流場 LBM模型的數(shù)值模擬方法，以CBr4-C2Cl6(四溴化碳一六氯乙烷)為例，主要研究強迫對流下等溫凝固過程中三維層片共晶生長的形貌演化問題。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在等溫凝固條件下，液體流動明顯改變了層片共晶的生長形貌，由垂直于固液界面對稱、周期性交替生長→傾斜于逆流方向及界面前沿出現(xiàn)異相形核的生長模式；液體流動使共晶組織的生

3、長速度加快。⑵在不同的液體流動方向時，層片共晶組織的生長形貌出現(xiàn)明顯的差異；無流場時，層片呈垂直于固液界面對稱性生長模式；當(dāng)液體流動方向與 Y方向（共晶層片的平行方向）夾角θ=0°時，液體流動對共晶生長形貌無明顯影響；當(dāng)夾角θ=45°與θ=90°時，共晶層片呈振蕩不穩(wěn)定、層片前沿異相形核分叉及傾斜于逆流方向生長的模式；夾角θ=45°比θ=90°更早出現(xiàn)因?qū)悠g距調(diào)整即層片間距減小、層片對數(shù)增加的現(xiàn)象。⑶隨著流速的不斷增大，共晶層片生長速

4、度加快及傾斜于逆流方向生長越明顯。過冷度的變化與層片生長速度是正相關(guān)，與層片間距是負(fù)相關(guān)；隨著過冷度的增大，共晶層片在溶質(zhì)擴(kuò)散及流場的作用下通過形核及分叉機理實現(xiàn)層片間距的調(diào)整以至穩(wěn)態(tài)生長。⑷亞共晶和過共晶成分時隨著初始層片間距的增大：純擴(kuò)散下共晶層片的生長形貌依次為：垂直于界面對稱性穩(wěn)態(tài)生長→低幅振蕩態(tài)不穩(wěn)定→大幅度的振蕩態(tài)不穩(wěn)定；強迫對流下層片的生長形貌為：逆流生長及低幅振蕩不穩(wěn)定→層片前沿一次形核與分叉、振蕩及逆流生長→多次形核與