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二元合金凝固过程的相场模拟研究

【摘要】:相场法是一种用于描述在非平衡状态中复杂相界面演变行为的强有力的工具。本文基于自由能泛函推导了二元单相合金的等温凝固相场模型和非等温凝固相场模型,其中考虑到了界面各向异性和噪声的影响。 使用有限差分均匀网格剖分技术将推导出的相场模型进行离散,在对相场方程、溶质方程与温度方程的耦合求解中,由于相场、溶质场和温度场的变化快慢程度不一致,在数值模拟计算中运用了耦合方程间的二重网格技术,在保证精度的前提下使得计算效率提高了很多。 研究了各向异性、热扰动强度和空间剖分步长对二元合金枝晶生长行为的影响,得到了这三个参数较为合理取值范围。 根据这些关键参数的取值,在等温凝固条件下,模拟了等温凝固条件下的Al-6.5wt%Cu合金枝晶生长的演变过程,结果与浇注的Al-6.5wt%Cu合金试样的溶质分布相吻合,从而验证了模型及参数取值的正确性。

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