基于KKS模型二元合金等溫凝固過程的相場(chǎng)法模擬

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1、維普資訊http://www.cqvip.com第32卷第1期蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)Vo1．32No．12006年2月JournalofLanzhouUniversityofTechnologyFeb．2006文=l編號(hào)；1673-5196(2006)01-0022-04基于KKS模型二元合金等溫凝固過程的相場(chǎng)法模擬路陽(yáng)，王帆，朱昌盛，王智平，賈偉建(蘭州理工大學(xué)甘肅省有色金屬新材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730050)摘要：基于KKS模型，采用相場(chǎng)和溶質(zhì)場(chǎng)兩場(chǎng)耦合的方法，對(duì)AI-2一mole-Cu合金凝固過程枝晶生長(zhǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬．在模擬過程

2、中，采用不同的各項(xiàng)異性系數(shù)和初始晶核固液界面溶質(zhì)濃度梯度．模擬結(jié)果表明，在沒有擾動(dòng)的情況下，隨著各項(xiàng)異性系數(shù)的增大。枝晶出現(xiàn)二次枝晶，且越發(fā)達(dá)，并伴隨著“頸縮”現(xiàn)泉，當(dāng)各項(xiàng)異性值達(dá)到足夠大時(shí)，二次枝晶就會(huì)由于凝固潛熱的釋放而出現(xiàn)熔化“脫落”現(xiàn)象，脫落的二次枝晶將會(huì)成為非均質(zhì)形核的初始晶核．模擬結(jié)果還表明，時(shí)間步長(zhǎng)的增大不是致使模擬枝晶出現(xiàn)分叉的唯一原因，小的各項(xiàng)異性系數(shù)也會(huì)使枝晶出現(xiàn)分叉現(xiàn)象．關(guān)鍵詞：相場(chǎng)法，模擬，KKS；等溫凝固中圖分類號(hào)：1℃248；G244文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：APhas~fieldsimulationofisothermal

3、solidificationofbinaryalloybasedonKKSmodelLUYang，WANGFan，ZHUChang-sheng，WANGZhi—ping，JIAWei-iJan(StateKeyklhofAdvancedNewNon-ferrousMaterials，GansuProvince，I~nzhouUniv．ofTech．，Lawhou730050，China)Abstract：Thephase-fieldmodelcoupledwiththeconcentrationfieldiSusedtosimulatem

4、icrostructuraldendritegrowthofthealloyAI一2一mole-Cu．Insimulation，differentanisotropycoefficientsandconcentrationgradswereused，thecalculationresultsindicatethat，withtheincreasingofanisotropycoefficient，theside-branchesareofupgrowth；whentheanisotropycoefficientisbigenough，th

5、eside-branchwillbrokenoff，whichwillbeasthenewgrowthnucleus．Theresultalsoindicatesthatthebigtimestepisnottheonlyrea—sonforbranchoffofdendritegrowth。sinailanisotropycoefficientcanalsoimpelthebranchofftoo．Keywords：phase-fieldmethod；simulation；KKS；isothermalsolidification自從19

6、62年，丹麥學(xué)者Forsund第一次把有限優(yōu)良的綜合力學(xué)性能．差分法用于金屬凝固過程的傳熱計(jì)算[1]以來，金屬本文采用的是Kim等人在WBM模型基礎(chǔ)上凝固過程宏觀場(chǎng)數(shù)值模擬研究取得了極大的進(jìn)展．改進(jìn)得到的KKS模型[。州]，通過龍文元[引、劉小2o世紀(jì)8o年代以來，隨著柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變剛∞等人對(duì)A1一Cu合金的凝固模擬結(jié)果的研究表(columnar-to-equiaxedtransition，CET)機(jī)制以及明，KKS模型對(duì)于模擬合金凝固過程枝晶生長(zhǎng)具有過冷度與枝晶生長(zhǎng)關(guān)系的進(jìn)一步明確，微觀組織模很好的效果．?dāng)M得到迅速發(fā)展．目前宏觀場(chǎng)模

7、擬的研究已經(jīng)非常1相場(chǎng)模型州成熟且大量地應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中，并取得了良好的效果．但微觀組織決定著材料的力學(xué)及綜1．1相場(chǎng)控制方程合性能，如果能利用計(jì)算機(jī)模擬凝固過程中枝晶生在最初提出的合金相場(chǎng)模型中，界面被假設(shè)為長(zhǎng)的方法預(yù)測(cè)出鑄件的微觀組織，就可以據(jù)此優(yōu)化相逐漸從一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的一個(gè)區(qū)域．因生產(chǎn)工藝，直至生產(chǎn)出理想凝固態(tài)組織的鑄件，得到此，控制方程中固相和液相的自由能應(yīng)根據(jù)溶質(zhì)和溶劑所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來分配，可以由以下形式表達(dá)收稿日期2005-04-15(WBM模型)：基金項(xiàng)目：甘肅省科技攻關(guān)項(xiàng)目(2GS044一A52—001—

8、25)作者簡(jiǎn)介；路1~(1957一)，女。遼寧海城人，教授．廣一§(T)+(1一c)n(r)維普資訊http://www.cqvip.com第1期路陽(yáng)等：基于Ⅺ模型二元合金等溫凝固過程的相場(chǎng)法