溶质相互作用对Al-3Cu-1Mg合金枝晶组织的影响.pdf

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1、试验研究特种铸造及有色合金２０１７年第３７卷第４期溶质相互作用对Ａｌ－３Ｃｕ－１Ｍｇ合金枝晶组织的影响张显飞１２１赵九洲赵忠兴（１．沈阳理工大学材料科学与工程学院；２．中国科学院金属研究所）摘要应用三维元胞自动机模型模拟了Ａｌ－３Ｃｕ－１Ｍｇ合金的树枝晶组织，研究了溶质互扩散对枝晶组织的影响。采用两种方式处理溶质扩散系数：①溶质扩散系数与溶质成分和温度有关，不考虑溶质互扩散系数；②耦合计算溶质扩散矩阵，即考虑溶质互扩散的影响。结果表明，枝晶尖端选择参数比边缘稳定性理论给出的值小。由于Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ体系中两种合金元素的相互吸引作用，在溶质互扩散时，枝晶尖端生长速度较小，而尖端半径较大。关键

2、词树枝晶；扩散；数值模拟中图分类号ＴＧ１１５．２１；ＴＧ１４６．２１文献标志码ＡＤＯＩ：１０．１５９８０／ｊ．ｔｚｚｚ．２０１７．０４．００１ＥｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅＳｏｌｕｔｅＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｎＤｅｎｄｒｉｔｉｃＧｒｏｗｔｈｉｎＡｌ－Ｃｕ－ＭｇＡｌｌｏｙ１，ＺｈａｏＪｉｕｚｈｏｕ２，ＺｈａｏＺｈｏｎｇｘｉｎｇ１ＺｈａｎｇＸｉａｎｆｅｉ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＬｉｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ）Ａｂｓｔｒａ

3、ｃｔ：ＴｈｅｄｅｎｄｒｉｔｉｃｇｒｏｗｔｈｏｆａｎＡｌ－３Ｃｕ－１Ｍｇａｌｌｏｙｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｕｓｉｎｇａｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｅｌｌｕｌａｒａｕｔｏｍａｔｏｎｍｏｄｅｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｏｆｆ－ｄｉａｇｏｎａｌｔｅｒｍｓｏｆｔｈｅｓｏｌｕｔｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍａｔｒｉｘｏｎｔｈｅｄｅｎ－ｄｒｉｔｉｃｇｒｏｗｔｈｄｕｒｉｎｇｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｌｌｏｙｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｓｏｌｕｔｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｗｅｒｅｔｒｅａｔｅｄｉｎｔｗｏｗａｙｓ：（１）ｂｙｃｏｎｓｉｄｅｒｉ

4、ｎｇｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｄｉｆｆｕ－ｓｉｏｎ，ａｎｄｎｅｇｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｏｌｕｔｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｏｒｔｈｅｏｆｆ－ｄｉａｇｏｎａｌｔｅｒｍｓｏｆｔｈｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｍａｔｒｉｘ，ｏｒ（２）ｂｙｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｂｙｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅｆｕｌｌｄｉｆｆｕｓｉｏｎｍａｔｒｉｘ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｄｅｎｄｒｉｔｅｔｉｐｓｅｌｅｃｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｉｓｔｈｅｓｍａｌｌｅｒ

5、ｔｈａｎｔｈａｔｏｂｔａｉｎｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｍａｒｇｉｎａｌｓｔａｂｉｌ－ｉｔｙｃｒｉｔｅｒｉｏｎ．Ｗｈｅｎｔｈｅｏｆｆ－ｄｉａｇｏｎａｌｔｅｒｍｓｏｆｔｈｅｓｏｌｕｔｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍａｔｒｉｘａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ，ｔｈｅｇｒｏｗｔｈｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｄｅｎｄｒｉｔｅｔｉｐｉｓｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｄｅｎｄｒｉｔｅｔｉｐｒａｄｉｕｓｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄａｓａｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅａｔｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｏｌｕｔｅｓｉｎｔｈｅＡｌ－Ｃｕ－Ｍｇｓｙｓｔｅｍ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：Ｄｅｎｄｒｉｔｅｓ，Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ，Ｎｕｍｅｒ

6、ｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ［７］对合金凝固过程中树枝晶组织的形成机理的研究响计算结果的准确性。ＺＨＡＮＧＲＪ等耦合合金热已经取得了很大进展，基于二元合金体系，提出了多种力学和溶质扩散系数计算，用相场模型模拟了Ａｌ－Ｃｕ－描述树枝晶组织的解析模型［１］。由于树枝晶形态复杂，［２５］，魏涛［２６］Ｍｇ合金的枝晶组织。安灵敏分别用相场分析模型只能给出稳态生长时枝晶尖端形态，而不能用模型模拟了Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ合金的凝固组织，但是以上模型其描述枝晶的整个形成过程。由于实际工业中应用的中都没有涉及溶质互扩散对树枝晶生长的影响。多数为三元或多元合金，因此，这些解析模型也扩展应元胞自动机模型已广泛应用于

7、模拟树枝晶形成过程，用于多元体系，然而，基于二元合金体系获得的分析模笔者之前建立了一个模拟三元合金凝固组织形成的三维型并不能简单直接地应用于描述多元合金树枝晶组织。［１９］元胞自动机模型。该模型中耦合了合金热力学和生长而且，很多模型中并未考虑与溶质扩散系数以及溶质间动力学计算，考虑了溶质间相互作用对固相和液相溶质扩［１］互扩散对树枝晶生长的影响。散系数的影响。本课题应用该模型，模拟了Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ合在通常条件下，多数合