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基于改进元胞自动机模型的三元合金枝晶生长的数值模拟

石玉峰 许庆彦 柳百成

基于改进元胞自动机模型的三元合金枝晶生长的数值模拟

石玉峰, 许庆彦, 柳百成
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  • 在二元合金元胞自动机模型的基础上,通过耦合多元合金热力学相平衡求解器PanEngine, 建立了三元合金改进的元胞自动机模型,可模拟初生相枝晶的生长过程. 模型考虑了曲率过冷和成分过冷对界面平衡溶质成分的影响,通过不同组元的无量纲溶质过饱和度方程和界面溶质守恒方程之间的耦合来求解界面生长速率,并通过PanEngine计算界面处的液相线温度. 采用本模型模拟了Al-7%Si-xMg三元合金自由枝晶的生长形态, 结果表明Mg含量的增加会抑制枝晶一次臂的生长和二次臂的产生.同时模拟了不同抽拉速度下 Al-7%Si-0.5%Mg合金柱状枝晶的竞争生长过程,随着抽拉速度的增大,柱状枝晶一次枝晶臂间距逐渐减小, 与Hunt理论模型符合较好.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划 (批准号: 2005CB724105和2011CB706801)、国家自然科学基金(批准号: 10477010和51171089)、 国家高技术研究发展计划 (批准号: 2007AA04Z141)和国家科技重大专项(批准号: 2009ZX04006-041-04和2011ZX04014-052)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-08-09
  • 修回日期:  2012-05-28
  • 刊出日期:  2012-05-05

基于改进元胞自动机模型的三元合金枝晶生长的数值模拟

  • 1. 清华大学机械工程系,先进成形制造教育部重点实验室, 北京 100084
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划 (批准号: 2005CB724105和2011CB706801)、国家自然科学基金(批准号: 10477010和51171089)、 国家高技术研究发展计划 (批准号: 2007AA04Z141)和国家科技重大专项(批准号: 2009ZX04006-041-04和2011ZX04014-052)资助的课题.

摘要: 在二元合金元胞自动机模型的基础上,通过耦合多元合金热力学相平衡求解器PanEngine, 建立了三元合金改进的元胞自动机模型,可模拟初生相枝晶的生长过程. 模型考虑了曲率过冷和成分过冷对界面平衡溶质成分的影响,通过不同组元的无量纲溶质过饱和度方程和界面溶质守恒方程之间的耦合来求解界面生长速率,并通过PanEngine计算界面处的液相线温度. 采用本模型模拟了Al-7%Si-xMg三元合金自由枝晶的生长形态, 结果表明Mg含量的增加会抑制枝晶一次臂的生长和二次臂的产生.同时模拟了不同抽拉速度下 Al-7%Si-0.5%Mg合金柱状枝晶的竞争生长过程,随着抽拉速度的增大,柱状枝晶一次枝晶臂间距逐渐减小, 与Hunt理论模型符合较好.

English Abstract

参考文献 (26)

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