合金凝固微观偏析模型化研究进展.pdf

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1、·118·材料导报A：综述篇2014年2月(上)第28卷第2期合金凝固微观偏析模型化研究进展赵光伟，石增敏，叶喜葱，刘文俊(三峡大学机械与材料学院，宜昌443002)摘要全面综述了合金凝固微观偏析模型化方面的研究，介绍了该领域内的代表性工作以及最新的研究进展，包括典型的二元合金微观偏析模型、多元舍金偏析模型以及微观偏析模型化与相图计算耦合方面的工作。重点关注了枝晶形貌、固相反扩散、热力学数据获取效率等因素对微观偏析模拟的影响，并指出了该领域需要进一步研究的问题。关键词凝固微观偏析模型化多元合金相图计算中图分类号：TG245文献

2、标识码：AResearchProgressinMicrosegregationModellingofAlloySolidificationZHAOGuangwei，SHIZengmin，YEXicong，LIUWenjun(CollegeofMechanicalandMaterialEngineering，ChinaThreeGorgesUniversity，Yichang443002)AbstractTheresearchonmicrosegregationmodellingofthealloysolidificationi

3、scomprehensivelyreviewed．Therepresentativeworkandthelatestresearchprogressinthisfieldareintroduced，includingthetypicalmicroseg-regationmodelforbinaryalloy，themodelformulticomponentalloyandthemicrosegregationmodellingcoupledwithphasediagramcalculation．Theeffectsofthe

4、dendriticmorphology，solidbackdiffusionandthethermodynamicdataacquisitionefficiencyonmicrosegregationsimulationarediscussed．Andthefurtherresearchneededinthisareaoftheissuesisprospected．Keywordssolidification，micr0segregation，modelling，multicomponentalloy，calculationo

5、fphasediagramsScheil”方程，简称Scheil方程(式(1))，模型假设凝固过程中0引言固相中溶质无扩散，而液相中完全扩散。与Scheil方程相对微观偏析是铸件的主要缺陷之一，通过影响铸件的实际应的是平衡方程，即Lever-rule模型，如式(2)所示，该方程还凝固温度范围、微观组织组成以及非平衡相的数量，从而影假设固相、液相中溶质均完全扩散l_4]。响铸件的力学性能、物理性能以及电化学性能，并常常导致CL—CofL‘一(1)铸件组织各向异性，冲击韧性和塑性下降，增加热裂倾向，局CI，=Co／l(1-k)．+

6、忌l(2)部优先腐蚀等，最终缩短铸件的寿命口]。深刻认识微观偏析式中：C为液相成分；Co为初始成分；fL为液相体积分数；愚的形成机制以及分布规律，并对微观偏析过程进行模型化，为溶质分配系数。可以加深对合金凝固行为的理解，这对于凝固过程的优化、在某些情况下，合金的凝固路径与Gulliver-Scheil模型微观组织的控制以及材料性能的提高等也具有重要的意义，较接近，如置换型固溶体合金的凝固路径_7]，而在另外一些同时该项研究也是促进凝固学科持续发展的前沿领域和核情况下，如溶质C在高温合金中的扩散]，其凝固路径则与心内容之一_2]

7、。本文首先综述了早期的具有代表性的二元Lever-rule模型更加接近。大量研究工作证实E6-Io]，由于“有合金微观偏析模型，然后介绍多元合金(重点是三元合金)微限的固相反扩散”、“凝固相尺寸与形貌”以及“粗化”等多种观偏析模型化，最后给出微观偏析与相图计算耦合方面的研因素的影响，真实二元合金的凝固路径既不与Gulliver-究进展，并指出了需要进一步研究的问题。Scheil模型一致也不与Lever-rule模型一致，而是介于这两种极限模型之间。这两种描述极限条件下凝固溶质分布行1二元合金微观偏析模型化为的模型虽然形式简单却

8、应用广泛，因为它们至少提供了真从早期的综述文献[3—5]可知，人们从2O世纪初就开实二元合金凝固体系溶质分布的边界范围。Kraft等吲的研始了对二元合金凝固过程中微观偏析的研究。Scheil基于质究表明，Lever-rule和GulliverScheil两个模型的边界结果之量