基于数学模型的立方晶系合金枝晶生长过程研究-论文.pdf

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1、VO1．35NO．6铸造技术Jun．2014F0UNDRYTECHN0L0GY·1243·基于数学模型的立方晶系合金枝晶生长过程研究左静贤(河北建材职业技术学院，河北秦皇岛006604)摘要：建立了改进的MCA模型，并分别对NH4C1．H：O透明合金材料的单个等轴晶、择优生长取向不同的多个等轴晶．以及择优生长取向不平行于轴的柱状晶的生长过程进行了数值模拟。将模拟结果与实验结果进行对比，表明本文建立的MCA模型可以较准确地模拟具有不同择优生长取向的枝晶生长过程。关键词：数学模型；立方晶系合金；数值模拟中图分类号：TG113文献标识码：A文章编号：10

2、00—8365(2014)06—1243—03StudyonDendriteGrowthProcessofCubicSystemAlloyBasedonMathematicalModelsZUOJingxian(HebeiVocationalTechnicalCollegeofBuildingMaterials，Qinhuangdao006604，China)。Abstract：AnimprovedMCAmodelwasestablishedandthedendritegrowthprocessofNtLC1一H20transparentalloy

3、wassimulated，includingsingleequiaxedcrystal，multi—equiaxedcrystalwithdiferentpreferentialgrowthorientation，andthecolumnardendriteswhosepreferentialgrowthorientationisnotparalleltotheX—axis．Thesimulationresultswerecomparedwiththeexperimentalresults．TheresultsshowthattheMCAmodel

4、canaccuratelysimulatethedendritegrowthprocesswithdiferentpreferredgrowthorientation．Keywords：mathematicalmodel；cubicsystemalloys；numericalsimulation枝晶生长及其微观偏析对材料微观形貌和组1数学模型织性能有显著影响fl1。由于难以实时观察复杂的枝晶生长过程，数值模拟技术越来越受到关注。其中假设枝晶生长过程中溶质质量守恒且界面热力元胞自动机(CA)模型可以模拟晶粒度、枝晶形貌以学平衡，并忽略固相溶质扩散和动

5、力学过冷，将计算及一定条件下的轴晶生长规律等[21．为人们提供了区域划分为MxN个正方形元胞．建立了改进的微观组织模拟的有效手段。CA模型是在枝晶生长MCA模型。求解步骤为：首先，固相晶核捕获液相元动力学的基础上，结合形核长大机理建立的理论模胞，成为择优生长取向角为的固相晶核，并按照型，此模型考虑了实际的温度场与溶质场。但是由式(1)，采用斜中心差分格式计算其法向生长速率W。于CA模型因正交元胞的网格各向异性会在计算任w一k0)=)c0s(意择优生长取向角时出现偏差[3]。使枝晶一次臂生长仅沿0o或45o方向．而失去择优生长取向。这与枝+)siI1

6、()(1)晶0。～90~的实际择优生长取向角不符。式中，。为溶质平衡的分配系数；为液相溶质扩本文将传统的CA模型进行了改进，即考虑了散系数；D为固相溶质扩散系数；C为液相溶质成择优取向的长程作用对界面生长速率方程的影响，分；C为固相溶质成分；为轴与元胞法向矢量以及成分过冷、曲率过冷对界面平衡溶质成分的影的夹角；为元胞择优生长取向与位置矢量的夹角；响建立了MCA模型。并以此为基础，模拟了c和c：为界面平衡液相和固相的溶质成分，表达式NH4CI—H20系合金的单个、多个取向角和取向与坐分别为：标轴不平行时的枝晶生长过程。并与实验结果进行了对比c．=c0

7、++鲤(2)=oCL(3)收稿日期：2013—11-19式中，C。为初始的溶质成分；T为界面平衡温度；基金项目：河北省社科基金项目资1~(HB12YJ068)为初始液相温度；m为液相线斜率。作者简介：左静贤(1981一)，河北唐山人，硕士，讲师．然后按照=比计算固相分数增量，电话：18716023943．E—mail：xiaozhengzcd@163．com