凝固过程微观组织的相场法模拟

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1、沈阳理工大学硕士学位论文摘要凝固过程微观组织的模拟经历了由确定性方法、概率方法和相场方法的模拟；其中相场法是最新的方法，它可以模拟枝晶生长的过程。相场法是一种用于描述在非平衡状态中复杂相界面演变行为的强有力的工具。它不需要跟踪复杂液/固界面，就可实现模拟金属凝固过程中枝晶生长的复杂形貌。本文采用相场法，对Al-2-mole-%-Si合金凝固过程的多个枝晶生长和单个枝晶的定向生长进行了模拟，研究了相场模型参数对枝晶形貌的影响，主要内容如下：1.模拟了Al-2-mole-%-Si合金凝固过程多个枝晶生长过程，获得了具有多次分枝的枝晶形貌。不同取向的枝晶在

2、熔液中自由生长，最终互相接触。再现了枝晶生长过程枝晶臂之间的竞争生长、枝晶之间的熟化和熔合现象。2.预测了Al-2-mole-%-Si合金凝固过程多个枝晶生长过程中溶质场分布。当枝晶尖端扩散场与相邻枝晶上生长出来的分枝的扩散场相遇时，枝晶停止生长。3.研究了相场模型中参数如：各向异性、过冷度、界面厚度和扰动对多个枝晶生长的影响。4.模拟了Al-2-mole-%-Si合金凝固过程单个枝晶的定向生长，不仅再现了凝固过程的枝晶生长，而且发现三次臂只在二次晶臂的一侧生长的这种特殊现象，这一模拟结果与Clicksman等人的实验吻合。关键词：相场法；多晶粒；择

3、优生长；等温凝固；二元合金沈阳理工大学硕士学位论文AbstractThesimulationofmicrostructureevolutionduringsolidificationhasexperienceddeterministicmethod,stochasticmethodandphasefieldmethod.Phasefieldmethodisthenewestmethodanditcansimulatethegrowthofdendriticcrystal.Phasefieldmethodisaneffectivetooltodescr

4、ibethecomplicatesolid-liquidinterfaceinnon-equilibriumstate.Withoutexplicitlytrackingthecomplexphaseboundaries,itisexpectedtosimulatethecomplexdendriticgrowthduringthesolidificationprocesses.TakingAl-2-mole-%-Sialloyforexample,thisworkaimedatsimulatingmultiplegrainsgrowthandori

5、entedgrowthduringsolidificationbyusingphase-fieldmethod.Theeffectofmodelparametersondendritemorphologywasstudied.Themaincontentsareasfollows:1.ThedendriticgrowthofmultiplegrainsofAl-2-mole-%-Sialloyduringthesolidificationprocesseswassimulated.Dendritemorphologyofmultiplebranche

6、swasobtained.Thearbitrarilyorientedcrystalsgrowfreelyinundercooledmelt.Eventually,gainsimpingeagainsteachother.Thecompetitivegrowthofgrains,ripen,coalescenceandsolutemicrosegregationinthedendriticgrowtharerealized.2.ThesolutedistributionofdendriticgrowthofmultiplegrainsofAl-2-m

7、ole-%-Sialloyduringthesolidificationprocesseswaspredicted.Whenthediffusionfieldofdendritetipencounterdiffusionfieldofdendriticbranchgrowthfromadjacentdendrite,thedendritesthenstopgrowing.3.Theinfluenceofdifferentanisotropycoefficients,disturbanceintension,interfacethicknessandu

8、ndercoolingondendritemorphologyanddistributionofsolute