fecp三元合金等温凝固过程相场法模拟

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1、兰州理工大学硕士学位论文摘要大部分的铸件都是由多元合金材料铸造而成，其力学性能的优劣和使用寿命的长短取决于铸件在凝固过程中所形成的微观组织。用相场方法进行多元合金微观组织形成过程的模拟，对优化工艺参数、提高铸件质量，具有很重要的实际应用价值。本文基于KKS二元合金相场模型，发展得到三元合金相场模型，采用相场和溶质场两场耦合的方法对Fe．C．P合金凝固过程中的枝晶生长进行了数值模拟。该模型从自由能入手，考虑了动力学各向异性和表面能各向异性的影响，为了模拟枝晶分枝的产生，在相场方程中加入了热扰动项。采用VisualC++6．0实现程序的计算，为了提

2、高计算效率和节省计算时间，应用直接差分去求解两场方程，实现宏、微观场之间的耦合。计算出的结果以．TxT方式输出，利用Tecplot9．0实现模拟计算结果的可视化，并对枝晶生长过程中相关的工艺参数和相场参数对其生长的影响进行了深入研究。通过模拟，本文研究了各向异性系数、过冷度等相场参数对枝晶形貌和溶质场分布的影响；各向异性系数和过冷度对二次枝晶形貌、二次枝晶臂间距的影响。模拟逼真的再现了三元合金枝晶的生长和二次枝晶、三次枝晶的缩颈、熔断等现象。另外还模拟研究了第二种溶质元素对二次枝晶形貌、第一种溶质元素在二次枝晶间的浓度分布的影响。结果表明，过冷

3、度和各向异性系数的增加，对二次枝晶的生长都有促进作用。第二种溶质元素的增加会加重第一种溶质元素在二次枝晶间的偏析。关键词：相场法；三元合金；过冷度；等温凝固；二次枝晶窑：筌三蚕坌垒兰堡丝垦兰塞塑丝鎏堡篓AbstractManycastingisfoundedbygeneralindustrialalloysconsistofmultiplecomponents．Themechanicalpropertiesanddurabilitypropertyofthecastinglieonthesolidificationmicrostructureo

4、fthecasting．Modelingofmicrostructureformationusingphase—fieldmodelwillhelptoevaluateandoptimizethecastingsprocessingtechnologysoastoimprovetheirquality．InthispapegweUSeFe—C—Palloyasanexampletostudythesolidificationprocessofmultiplecomponentsalloys．Inthisstudy,weusedthephase—

5、fieldmodelextendedbyKKSmodel，coupledtwoconcentrationfieldisusedtosimulatedendritegrowthofgrainsforFe-C-Palloyinsolidificationprocess．Theanisotropiesofsurfaceenergyandkineticsareconsideredandthethermalnoiseisintroducedintotheenergyconservationequation．Intheprocessofsimulation

6、．theVisualC++6．0wasusedtocalculatetheprogramandtheTecplot9．0wasusedtoachievethevisionofresults．Inordertosavetimeofcalculationandimprovetheefficiency,aninterpolativemethodisusedtoachievethecouplingofthemacrofieldandthemicrofield．Insimulation，wemainlystudiedtheinfluenceofdiffe

7、rentanisotropycoefficients、undercoolingonshapesofdendritesanddistributionofsoluteforsinglegrain；Theinfluenceofdifferentanisotropycoefficients、undercoolingonshapesofsecondarybranchofdendriteanddistributionofsoluteinsecondarybranchofdendrites；Thegrowthandremeltingofsecondarybr

8、anchandtertiarybranchofdendritewerereappearedinthesimulation．Atlast，westudi