二元合金定向凝固的相场法数值模拟

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1、兰州理工大学硕士学位论文摘要定向凝固技术的理论研究也一直是凝固界的重要课题，它提供了一种有效的材料制备和成形方法，在实际生产中得到了越来越广泛的应用。固／液界面形态研究是凝固理论研究的重要组成部分，它与最终的凝固组织和内部缺陷有密切的联系。本文利用相场法微观组织数值模拟技术，对Ni—cu二元合金定向凝固的界面形态演化过程进行了模拟仿真，刻划了不同模拟条件下的晶体生长方式，探讨了定向凝固中的晶体生长机制。本文在参阅目前相场理论的基础上，展了二元合金定向淀固的二维相场模型。通过相场方程与浓度场方程的耦合，发基于均匀网格的有限差分法，采用c语言编制了定向凝固晶体生

2、长的相场法数值模拟程序，提出了胞晶尖端生长速度、固相溶质浓度及界面前沿溶质分配系数等的计算方法，利用相关的图像生成软件，采用多点拟合法对相关计算结果进行了动态显示。考虑到计算量的限制，将界面厚度处理为输入参数，研究了界面厚度参数f、各向异性系数y及热扰动幅值a对模拟结果的影响。结果表明，随着亭的减小，晶体生长形态由胞晶逐步转变为树枝晶，胞晶尖端生长速度增加，稳定性下降；各向异性系数y越小，尖端生长速度越小，越易于侧向分支的生长，形成胞状枝晶；热扰动幅值n对界面形态也有重要影响，当口取值适当时，便引发侧向分支，形成胞状枝晶；讨论了界面自由能一对微观组织的影响，

3、随着a的增加，得到分布较均匀的细胞晶组织，同时界面前沿溶质扩散层厚度减小。利用相场法模型研究了二元合金定向凝固的溶质截留效应，研究结果表明，溶质梯度系数d影响固／液界面处溶质扩散层的厚度和扩散层内的溶质分布，对溶质分配系数尼有较大影响，随着溶质梯度系数的增加，溶质分配系数☆增大，溶质截留效应越明显。讨论了不同固相溶质扩散系数D。下的界面形态和溶质分布，随着n的增大，胞晶尖端生长速度下降，溶质截留效应减弱；而当固相溶质扩散系数小于10-7cm2／s数量级时，D。对界面前沿溶质分布没有明显的影响，因此，通常情况下都忽略固相溶质扩散。关键词：相场法；数值模拟；定向

4、凝固；界面形态；微观偏析；溶质截留二元合金定向凝固的相场法数值模拟AbstractThedirectionals01idificationtechnologyoff色rsaneffectiVematerialpreparationandformingmethod，anditistobemoreextensive印pIicationinpracticalyield，so，themeorystudyofdirectionalsolidificationisacentralthemeofsolidificationresearch．Thesolid／liquidi

5、nterfacialmorphologytakesacrucialr01eonpredictingthefinalsolidmcationmicrostructwesaIldinnerdefcct．Inthispaper，theevolutionoftheinterfaceformationofNi—Cubinaryduringdirectionalsolidificationissimulatedusingthephase—fieldmethod，themodeofcrystalgrowthduringdirectionalsolidificationis

6、showedatdi低rentsimulationconditions，aIldthemechanismofcrystalgro、矾hisdiscussed．Intllisp叩er，atwo—dimensionalphase—fieldmodelfordirectionals01idificationisdevelopedbycouplingthephase—fieldequationandthesolutedif如sioⅡequationfromconsultedcurrentphase-fieldtheory．Basedonthefinitedif兜re

7、ncemethodwithuniformgrids，andtheccodeistakentocompletethephase一矗eldsimulationpIog_famofthecrystalgr01wthduringdirectionalsolidification；theⅡumericalmethodstocalculatethecelltipvelocity，thes01utedistributionins01id，andtheinterfacesolutepartitioncoefficientareputforward；thetechniques

8、ofcomputerbuilderanddynami