金属快速凝固综述.doc

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1、金属快速凝固综述专业：学号:姓名:金属快速凝固综述摘要分析了零维液态金属快速凝固过程中的热流规律.计算了零维液滴在真空条件下的冷却速度，并建立了零维液滴单晶形棱的过冷度方程.结果表明：零维藏滴的凝固过程由形棱前所达到的过冷和系统向环境的散热共同控制；零维藏滴在真空条件下的冷却速度在10〜108KIS之间.近年来发展起来的,PFM模型根据“溶质捕捉”和“溶质牵引”两种机制对金属及合金快速凝固过程进数学描述及模拟，较好地反映了金属凝固的物理木质。介绍了,PFM模型发展过程、研究现状及理论模型，并对发展前景进行了展望。快速凝固技术是指采用急冷技术或深过冷技术

2、获得很高的凝固前沿推进速率的凝过程，其界面推进速率大于10mm/so运用非Fourier传热理论建立了金属快速凝固过程中的非平衡传热理论模型，包括非Fourier方程的建立、传热与相变模拟.模拟计算表明：（1）在溅射激冷条件下，界面换热系数越大，界面冷却速度和移动速度也越高.在界面换热系数相同时，计算得到的界面冷却速度随着固一液界面高度的提高呈现先上升而后下降的变化趋势；计算得到的冷却速度值明显小于Fourier定律的计算值.（2）在激光加热条件下，计算的界面移动速度在凝固开始时先急剧增加，然后渐趋平稳.计算还表明，金属的过热度及过冷度与其热物性相关.

3、—HHCmodel—PHCmodel、/?=5XlO5W/(m2.K)、、R,10sK/s在金属快速凝固研究中，传热模型是沿用传统传热学论及方法导出的，其理论基础为经典的Fourier定律，相应热传导方程为如下抛物线型（PHC）偏微分方程a/T〜O/t=T（1）式中，为温度，K；t为时I可，s；O1为导温系数，mA2/s.经典Fouriea&T人2定律的物理本质是假定热流通量与温度梯度成正比，热传导是一个速度为无限大的扩散过程.这表明只要给物体某一点施加热影响，其它位置在同一时刻立即就有响应，这在物理意义上存在局限性.已经发现，在接近绝对零度和超急速

4、传热条件下，热量以热波形式传逆[1],热传导不符合经典Fourier定律.Cattaneo第一个修正Fourier定律中的无穷大热传播速度假定，推导出了一维空间中的热流速率方程以及热传导系数y和弛豫时间t的动力学表达式；Vernotte等［2J以及Morse和Feshbach［3J也进行了类似研究.他们提出的方程归并成一类称作Ca11aneo_Verno11e方程或双曲线型(HHC)热传导方程丁筹+q=式中，行为热流密度，W/m人2；y是热导率，W/(m.K)；丁为弛豫时间，S,即当热梯度施加到物体上后建立温度场所需要的时间.可见，当t—0时，上述方程

5、即简化为经典Fourier方程・(1)金属快速凝固时冷却速度属于超急速传热的范畴，非Fourier热传导模式可以表征快速凝固中的非Fourier影响.运用Cattaneo-Vernotte热传导方程和相变动力学方程，建立了金属在溅射激冷和激光熔凝条件下快速凝固的非Fourier传热模型.(2)金属在溅射激冷条件下快速凝固，无论是采用Fourier传热方程还是采用非Fourier传热模型计算都表明：在液滴落到辗轮表面相同时间后，界面换热系数越大，界面冷却速度和移动速度也越高.对同一界面换热系数，按照非Fourier模型计算得到的界面冷却速度随者固一液界面

6、高度的提高先上升而后下降；而利用Fourier定律计算得到的冷却速度仅随界面距离增大而降低.利用Fourier定律计算得到的冷却速度在大界面换热系数时要比用非Fourier定律计算得到的数值明显增大，其原因在于传播速度为无限大的热量扩散模型相对于热波模型将导致较高的冷却速度.(3)在激光加热条件下，采用非Fourier定律计算的界面移动速度在凝固开始时先是急剧增加，此后又逐渐平稳地增加.不同金属的过热度和过冷度因其热物性不同而不同.采用非Fourier定律计算的界面移动速度值普遍比用Fourier定律得到的计算值偏大，两者计算的过热度和过冷度也存在差别

7、.对凝固前沿固液界面的处理大体可以归为两类［3"9］:不连续界面模型(Sharp-interfacemodel)［!"］和扩散界面模型(Diffusive-interfacemodel)。不连续界面模型针对凝固界面两侧的微小区•域进行研究，认为该区域内由独立的固相和液相组成，两者之间的界面为简单的几何界面。该类模型的界面生长速度和液相浓度之间的关系，较好地反映了溶质传输过程。但该类模型存在两个明显的缺点：!)忽略了界面前沿实际存在的固液共存区，使结果和实际情况不能相符合；')将界面温度和液相浓度用不同的控制方程来表示，而不是有机的结合起来。扩散界面模型

8、认为液相和固相之间存在具有一定厚度的界面，该界面区域在浓度、密度和温度等性质上和毗邻的液相和固