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《Al-Zn合金枝晶生長的三維相場法模擬》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、中北大學(xué)學(xué)位論文Al-Zn合金枝晶生長的三維相場法模擬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過程具有重要的意義。微觀組織數(shù)值模擬作為計算機(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、相場法。由于相場法不用跟蹤固液界面且易與其他外部場耦合，已被廣泛應(yīng)用于凝固微觀組織的模擬。本文利用Karma相場模型對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)，確定了相場參數(shù)w0、τ0的值的大小，
2、對Al-Zn合金等軸晶的生長過程進(jìn)行了模擬驗證，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，發(fā)現(xiàn)在枝晶生長達(dá)到穩(wěn)定后，枝晶尖端生長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；通過在相場中耦合熱擾動，研究了熱擾動對等軸晶生長的影響：熱擾動不會影
3、響枝晶尖端的穩(wěn)態(tài)行為，只會促發(fā)二次枝晶的產(chǎn)生，熱擾動對二次枝晶間距無明顯影響，擾動幅值的增大會使二次枝晶幅值增大。3.模擬了定向凝固枝晶的生長過程，并對溫度梯度、推進(jìn)速度、擾動等因素的影響進(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，也會使二次枝晶更加發(fā)達(dá)，減小二次枝晶間的間隙，同時減輕溶質(zhì)偏析現(xiàn)象，當(dāng)溫度梯度較大時，固液界面會以平面方式向前推進(jìn)；熱擾動不會影響定向凝固枝晶尖端的穩(wěn)態(tài)行為，只會促發(fā)二次枝晶的生成和長大，形成不對稱的枝晶；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軸方向的長度小于正常的枝晶，隨著傾斜角度的增大，
4、傾斜枝晶在X軸方向的長度逐漸減??；傾斜枝晶上與溫度梯度方向相同的二次枝晶生長中北大學(xué)學(xué)位論文加快，另一側(cè)的二次枝晶的生長受到抑制；與正常枝晶相比，傾斜枝晶在競爭生長中處于劣勢，一般會被淘汰掉。當(dāng)傾斜角度較大時，初始的主枝晶可能會被其二者枝晶或者三次枝晶淘汰掉。關(guān)鍵詞：枝晶，相場模型，各向異性，尖端參數(shù)，熱擾動，定向凝固，界面能各向異性中北大學(xué)學(xué)位論文Three-dimensionalphase-fieldsimulationongrainsgrowthinAl-ZnalloyAbstractDendriteisthebasicstructureinsolidif
5、icationstructureofmetals,whichdeterminesthemechanicalpropertiesofcastings.Therefore,itisimportanttostudythegrowthprocessofalloydendrites.Astheapplicationofcomputernumericalsimulationintheresearchofmetalsolidificationmolding,thenumericalsimulationofmicrostructureshastheadvantagesofhig
6、hefficiencyandeconomic.Inrecentyears,ithasbecomeahottopicinmetalformingandhasmademanyimportantprogress.Atpresent,themainmethodsofmicrostructurenumericalsimulationincludedeterministicmethod,stochasticmethodandphasefieldmethod.Thephasefieldmethodhasbeenwidelyappliedtosimulatesolidifica
7、tionmicrostructurebecauseitdoesn'ttracksolidliquidinterfaceandiseasytobecoupledwithotherexternalfields.Inthispaper,thesolidificationprocessofAl-ZnalloyisstudiedbyKarmaphasefieldmodel.1.Byconsultingrelevantliterature,thevalueofphasefieldparametersw0andτ0wasdetermined.Thegrowthprocesso
8、fAl-Znalloye
