Al-Cu 合金凝固枝晶生长数值模拟

《Al-Cu 合金凝固枝晶生长数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第18卷第4期中国有色金属学报2008年4月Vol.18No.4TheChineseJournalofNonferrousMetalsApr.2008文章编号：1004-0609(2008)04-0710-07Al-Cu合金凝固枝晶生长的数值模拟11,21占小红，魏艳红，马瑞(1.哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室，哈尔滨150001；2.南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京210016)摘要：基于元胞自动机方法构建了枝晶生长数值模型，并将其应用于Al-Cu二元合金凝固过程的模拟。在该模型中，枝晶尖端生长速度模型基于溶质守恒建

2、立。模拟过程中重点考虑不同冷却速率及形核条件对柱状树枝晶形态与溶质偏析的影响。计算结果表明，凝固过程中溶质易于富集在枝晶臂之间的封闭或半封闭区域。同时，随着冷却速率加大，晶界偏析变得更为显著。形核密度在一定程度上影响着枝晶形态，特别是影响着二次和三次枝晶的生长。关键词：枝晶生长；数值模拟；元胞自动机中图分类号：TG111.4文献标识码：ANumericalsimulationofdendriticgraingrowingduringAl-Cualloysolidification11,21ZHANXiao-hong,WEIYan-hong,

3、MARui(1.StateKeyLaboratoryofAdvancedWeldingProductionTechnology,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China;2.SchoolofMaterialsScienceandTechnology,NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics,Nanjing210016,China)Abstract:Adendritegraingrowthmodelthatisbasedoncellularaut

4、omatonmethodwasdevelopedandappliedtosimulatethecolumnardendritegraingrowthduringthedirectionalsolidificationprocessofAl-Cubinaryalloys.Andthevelocitymodelwasbaseduponthesoluteconservationatthesolid/liquidinterface.Theinfluencesofdifferentcoolingspeedsanddifferentnucleation

5、conditionsonthedendritemorphologiesandsolutesegregationwereconsidered.Theresultsindicatethatthesoluteofhighconcentrationliquidsiseasytoconcentrateintheclosedorsemi-enclosedzonesamongsecondaryortertiarydendritearms.Thegrainboundarysegregationbecomesmoreseverewhenthecoolings

6、peedisincreased.Atthesametime,thenucleationdensityaffectsthedendritemorphologies,especiallythegrowthofsecondaryandtertiarydendritearms.Keywords:dendritegrowth;numericalsimulation;cellularautomaton凝固过程中的枝晶生长，是一个复杂而重要的物织演变具有一定困难。随着计算机技术的日新月异和理现象。实际工业生产过程中，金属或合金的凝固是计算材料科学的迅速发

7、展，宏观温度场及流场的计算[1−2]一个不平衡的连续冷却过程，具有高温、动态等特点。已日趋成熟，模拟凝固过程中的微观组织演变已成因此，基于实验实时观察、检测凝固过程中的微观组为可能。对凝固过程微观组织进行数值计算与模拟，基金项目：国家自然科学基金资助项目(50775112)收稿日期：2007-07-30；修订日期：2007-12-02通讯作者：占小红，博士研究生；电话：0451-86417650；E-mail:xhz_hit@yahoo.com.cn第18卷第4期占小红，等：Al-Cu合金凝固枝晶生长的数值模拟711不仅有利于凝固理论研究的

8、深入，而且对预测和控制式：微观组织和性能具有指导作用，在理论研究和工程应1)Von-Neumann型邻居关系用上都具有深远意义。因此，近些年来，模拟凝固过它只考虑4个最近邻元胞，