【摘要】：枝晶是金屬凝固組織中的基本結(jié)構(gòu),它決定了鑄件的力學(xué)性能,所以研究合金枝晶的生長(zhǎng)過程具有重要的意義。微觀組織數(shù)值模擬作為計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬在金屬凝固成型研究中的應(yīng)用,具有效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn),近年來成為金屬成型的研究熱點(diǎn)并取得了許多重要的進(jìn)展。目前主要的微觀組織數(shù)值模擬方法有確定性方法、隨機(jī)方法、相場(chǎng)法。由于相場(chǎng)法不用跟蹤固液界面且易與其他外部場(chǎng)耦合,已被廣泛應(yīng)用于凝固微觀組織的模擬。本文利用Karma相場(chǎng)模型對(duì)Al-Zn合金的凝固過程進(jìn)行了以下研究。1.通過查閱相關(guān)的文獻(xiàn),確定了相場(chǎng)參數(shù)w_0、τ_0的值的大小,對(duì)Al-Zn合金等軸晶的生長(zhǎng)過程進(jìn)行了模擬驗(yàn)證,證明模擬使用的相關(guān)參數(shù)是準(zhǔn)確的,獲得的模擬結(jié)果也與Karma的研究結(jié)果相一致。2.模擬了不同過飽和度、過冷度條件下的等軸晶生長(zhǎng),發(fā)現(xiàn)在枝晶生長(zhǎng)達(dá)到穩(wěn)定后,枝晶尖端生長(zhǎng)速度與過冷度和過飽和度呈正比,枝晶尖端半徑和過冷度呈反比;研究發(fā)現(xiàn)界面能各向異性參數(shù)的變化會(huì)引發(fā)等軸晶枝晶取向的轉(zhuǎn)變,通過大量的模擬,重現(xiàn)了Al-Zn合金的枝晶取向轉(zhuǎn)變現(xiàn)象;根據(jù)界面能各向異性取值范圍的不同,Al-Zn合金的等軸晶可以分為三類:100枝晶、110枝晶、混合枝晶;通過在相場(chǎng)中耦合熱擾動(dòng),研究了熱擾動(dòng)對(duì)等軸晶生長(zhǎng)的影響:熱擾動(dòng)不會(huì)影響枝晶尖端的穩(wěn)態(tài)行為,只會(huì)促發(fā)二次枝晶的產(chǎn)生,熱擾動(dòng)對(duì)二次枝晶間距無明顯影響,擾動(dòng)幅值的增大會(huì)使二次枝晶幅值增大。3.模擬了定向凝固枝晶的生長(zhǎng)過程,并對(duì)溫度梯度、推進(jìn)速度、擾動(dòng)等因素的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析:推進(jìn)速度和溫度梯度的增大都能加快定向凝固枝晶的生長(zhǎng),也會(huì)使二次枝晶更加發(fā)達(dá),減小二次枝晶間的間隙,同時(shí)減輕溶質(zhì)偏析現(xiàn)象,當(dāng)溫度梯度較大時(shí),固液界面會(huì)以平面方式向前推進(jìn);熱擾動(dòng)不會(huì)影響定向凝固枝晶尖端的穩(wěn)態(tài)行為,只會(huì)促發(fā)二次枝晶的生成和長(zhǎng)大,形成不對(duì)稱的枝晶;研究了枝晶取向?qū)Χㄏ蚰讨蚊驳挠绊?發(fā)現(xiàn)傾斜枝晶在X軸方向的長(zhǎng)度小于正常的枝晶,隨著傾斜角度的增大,傾斜枝晶在X軸方向的長(zhǎng)度逐漸減小;傾斜枝晶上與溫度梯度方向相同的二次枝晶生長(zhǎng)加快,另一側(cè)的二次枝晶的生長(zhǎng)受到抑制;與正常枝晶相比,傾斜枝晶在競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)中處于劣勢(shì),一般會(huì)被淘汰掉。當(dāng)傾斜角度較大時(shí),初始的主枝晶可能會(huì)被其二者枝晶或者三次枝晶淘汰掉。
【圖文】：

圖 1.1 過冷純 Ni 熔體中枝晶生長(zhǎng)的模擬結(jié)果[15]的相場(chǎng)模型中，由于對(duì)界面的相關(guān)研究和分析還不充分，，受界面制,相場(chǎng)模型的計(jì)算規(guī)模比較小，研究范圍比較窄。為了拓展相場(chǎng)a 與 Rappel 對(duì)相場(chǎng)模型進(jìn)行了薄界面厚度限制條件下的漸進(jìn)分析[

三維等軸晶的模擬結(jié)果
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.21

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 郭春文;李俊杰;馬淵;王錦程;;定向凝固過程中枝晶側(cè)向分枝生長(zhǎng)行為與強(qiáng)制調(diào)控規(guī)律[J];物理學(xué)報(bào);2015年14期

2 肖榮振;朱昶勝;安國(guó)升;馮力;王智平;;Ni-Cu合金定向凝固海藻狀生長(zhǎng)形態(tài)的相場(chǎng)法模擬[J];蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào);2014年06期

3 朱昌盛,荊濤,柳百成,趙紅兆;熱噪聲促發(fā)枝晶側(cè)向分支的相場(chǎng)法數(shù)值模擬[J];鑄造;2004年12期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 汪明月;α-Mg枝晶凝固微觀組織三維形貌研究[D];清華大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2609792