fecp三元合金等溫凝固過(guò)程相場(chǎng)法模擬

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1、蘭州理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要大部分的鑄件都是由多元合金材料鑄造而成，其力學(xué)性能的優(yōu)劣和使用壽命的長(zhǎng)短取決于鑄件在凝固過(guò)程中所形成的微觀組織。用相場(chǎng)方法進(jìn)行多元合金微觀組織形成過(guò)程的模擬，對(duì)優(yōu)化工藝參數(shù)、提高鑄件質(zhì)量，具有很重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文基于KKS二元合金相場(chǎng)模型，發(fā)展得到三元合金相場(chǎng)模型，采用相場(chǎng)和溶質(zhì)場(chǎng)兩場(chǎng)耦合的方法對(duì)Fe．C．P合金凝固過(guò)程中的枝晶生長(zhǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。該模型從自由能入手，考慮了動(dòng)力學(xué)各向異性和表面能各向異性的影響，為了模擬枝晶分枝的產(chǎn)生，在相場(chǎng)方程中加入了熱擾動(dòng)項(xiàng)。采用VisualC++6．0實(shí)現(xiàn)程序的計(jì)算，為了提

2、高計(jì)算效率和節(jié)省計(jì)算時(shí)間，應(yīng)用直接差分去求解兩場(chǎng)方程，實(shí)現(xiàn)宏、微觀場(chǎng)之間的耦合。計(jì)算出的結(jié)果以．TxT方式輸出，利用Tecplot9．0實(shí)現(xiàn)模擬計(jì)算結(jié)果的可視化，并對(duì)枝晶生長(zhǎng)過(guò)程中相關(guān)的工藝參數(shù)和相場(chǎng)參數(shù)對(duì)其生長(zhǎng)的影響進(jìn)行了深入研究。通過(guò)模擬，本文研究了各向異性系數(shù)、過(guò)冷度等相場(chǎng)參數(shù)對(duì)枝晶形貌和溶質(zhì)場(chǎng)分布的影響；各向異性系數(shù)和過(guò)冷度對(duì)二次枝晶形貌、二次枝晶臂間距的影響。模擬逼真的再現(xiàn)了三元合金枝晶的生長(zhǎng)和二次枝晶、三次枝晶的縮頸、熔斷等現(xiàn)象。另外還模擬研究了第二種溶質(zhì)元素對(duì)二次枝晶形貌、第一種溶質(zhì)元素在二次枝晶間的濃度分布的影響。結(jié)果表明，過(guò)冷

3、度和各向異性系數(shù)的增加，對(duì)二次枝晶的生長(zhǎng)都有促進(jìn)作用。第二種溶質(zhì)元素的增加會(huì)加重第一種溶質(zhì)元素在二次枝晶間的偏析。關(guān)鍵詞：相場(chǎng)法；三元合金；過(guò)冷度；等溫凝固；二次枝晶窯：筌三蠶坌壘蘭堡絲墾蘭塞塑絲鎏堡簍AbstractManycastingisfoundedbygeneralindustrialalloysconsistofmultiplecomponents．Themechanicalpropertiesanddurabilitypropertyofthecastinglieonthesolidificationmicrostructureo

4、fthecasting．Modelingofmicrostructureformationusingphase—fieldmodelwillhelptoevaluateandoptimizethecastingsprocessingtechnologysoastoimprovetheirquality．InthispapegweUSeFe—C—Palloyasanexampletostudythesolidificationprocessofmultiplecomponentsalloys．Inthisstudy,weusedthephase—

5、fieldmodelextendedbyKKSmodel，coupledtwoconcentrationfieldisusedtosimulatedendritegrowthofgrainsforFe-C-Palloyinsolidificationprocess．Theanisotropiesofsurfaceenergyandkineticsareconsideredandthethermalnoiseisintroducedintotheenergyconservationequation．Intheprocessofsimulation

6、．theVisualC++6．0wasusedtocalculatetheprogramandtheTecplot9．0wasusedtoachievethevisionofresults．Inordertosavetimeofcalculationandimprovetheefficiency,aninterpolativemethodisusedtoachievethecouplingofthemacrofieldandthemicrofield．Insimulation，wemainlystudiedtheinfluenceofdiffe

7、rentanisotropycoefficients、undercoolingonshapesofdendritesanddistributionofsoluteforsinglegrain；Theinfluenceofdifferentanisotropycoefficients、undercoolingonshapesofsecondarybranchofdendriteanddistributionofsoluteinsecondarybranchofdendrites；Thegrowthandremeltingofsecondarybr

8、anchandtertiarybranchofdendritewerereappearedinthesimulation．Atlast，westudi