等温凝固多晶粒生长相场法模拟

路  阳; 王  帆; 朱昌盛; 王智平

doi:10.7498/aps.55.780

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等温凝固多晶粒生长相场法模拟

路阳 , 王帆 , 朱昌盛 , 王智平

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等温凝固多晶粒生长相场法模拟

路阳, 王帆, 朱昌盛, 王智平

物理学报, 2006, 55(2): 780-785.

doi: 10.7498/aps.55.780

Simulation of multiple grains for isothermal solidification of binary alloy using phase-field model

Lu Yang, Wang Fan, Zhu Chang-Sheng, Wang Zhi-Ping

Acta Phys. Sin., 2006, 55(2): 780-785.

doi: 10.7498/aps.55.780

摘要
采用Kim模型，利用耦合溶质场的相场模型对Al-2-mole-Cu合金等温凝固过程中多晶粒相互影响下枝晶的生长过程进行数值模拟，为了提高计算效率，采用差分去实现宏微观场之间的耦合.研究了不同过冷度对多晶粒枝晶形貌和溶质分布的影响，结果表明：成分过冷对枝晶生长速度和溶质分配有着重大的影响，溶质元素Cu在固液界面前沿重新分布，结果导致实际热过冷减小，进而影响枝晶的生长和溶质向外层的扩散，致使相互接触的枝晶产生萎缩而其余没有受到抑制的枝晶生长方向产生择优现象.

关键词:
相场法 /

模拟 /

择优生长 /

等温凝固 /

二元合金
Abstract
The phase-field model based on Kim model which couples the solute field is used to simulate microstructural dendrite growth of multiple grains for Al-2-mole-Cu alloy. In order to improve the efficiency of calculation, an interpolative method is used to achieve the coupling of the macro field with the micro field. The influence of different undercooling on shapes of dendrites and distribution of solute is studied.The result shows that the re-distribution of solute can decrease the melting point of the alloy, and reduce the practical undercooling, so the constitutional supercooling can influence the growth rate and solute distribution of dendrites by decreasing the freezing point evidently, and at the same time results in the cease of growth for both collided dendrites and perferred growth in directions of unhindered grains.

Keywords:
phase-field /

simulation /

preferred growth /

isothermal solidification /

binary alloy
作者及机构信息
路阳,

王帆,

朱昌盛,

王智平

1.
兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，兰州 730050

基金项目: 甘肃省科技攻关项目(GS012-A52-071)及甘肃省重大成果科技转化项目(2GS044-A52-001-25)资助的课题.
Authors and contacts
Lu Yang,

Wang Fan,

Zhu Chang-Sheng,

Wang Zhi-Ping

1.
兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，兰州 730050
参考文献

施引文献

[1]	王凯乐, 杨文奎, 史新成, 侯华, 赵宇宏. 相场法研究Al_xCuMnNiFe高熵合金富Cu相析出机理. 物理学报, 2023, 72(7): 076102. doi: 10.7498/aps.72.20222439
[2]	宋岩, 江鸿翔, 赵九洲, 何杰, 张丽丽, 李世欣. Al-Ti-B细化工业纯铝凝固组织演变过程数值模拟. 物理学报, 2021, 70(8): 086402. doi: 10.7498/aps.70.20201431
[3]	郭震, 赵宇宏, 孙远洋, 赵宝军, 田晓林, 侯华. 相场法研究Fe-Cu-Mn-Al合金富Cu相析出机制. 物理学报, 2021, 70(8): 086401. doi: 10.7498/aps.70.20201843
[4]	杨辉, 冯泽华, 王贺然, 张云鹏, 陈铮, 信天缘, 宋小蓉, 吴璐, 张静. Fe-Cr合金辐照空洞微结构演化的相场法模拟. 物理学报, 2021, 70(5): 054601. doi: 10.7498/aps.70.20201457
[5]	张军, 陈文雄, 郑成武, 李殿中. γ-α相变中不同晶界特征下铁素体生长形貌的相场模拟. 物理学报, 2017, 66(7): 070701. doi: 10.7498/aps.66.070701
[6]	王雅琴, 王锦程, 李俊杰. 定向倾斜枝晶生长规律及竞争行为的相场法研究. 物理学报, 2012, 61(11): 118103. doi: 10.7498/aps.61.118103
[7]	魏承炀, 李赛毅. 温度梯度对晶粒生长行为影响的相场模拟. 物理学报, 2011, 60(10): 100701. doi: 10.7498/aps.60.100701
[8]	张宪刚, 宗亚平, 王明涛, 吴艳. 晶粒生长演变相场法模拟界面表达的物理模型. 物理学报, 2011, 60(6): 068201. doi: 10.7498/aps.60.068201
[9]	王明光, 赵宇宏, 任娟娜, 穆彦青, 王伟, 杨伟明, 李爱红, 葛洪浩, 侯华. 相场法模拟NiCu合金非等温凝固枝晶生长. 物理学报, 2011, 60(4): 040507. doi: 10.7498/aps.60.040507
[10]	宗亚平, 王明涛, 郭巍. 再结晶和外力场下第二相析出的相场法模拟. 物理学报, 2009, 58(13): 161-S168. doi: 10.7498/aps.58.161
[11]	龙文元, 吕冬兰, 夏春, 潘美满, 蔡启舟, 陈立亮. 强迫对流影响二元合金非等温凝固枝晶生长的相场法模拟. 物理学报, 2009, 58(11): 7802-7808. doi: 10.7498/aps.58.7802
[12]	陈玉娟, 陈长乐. 相场法模拟对流速度对上游枝晶生长的影响. 物理学报, 2008, 57(7): 4585-4589. doi: 10.7498/aps.57.4585
[13]	冯力, 王智平, 路阳, 朱昌盛. 二元合金多晶粒的枝晶生长的等温相场模型. 物理学报, 2008, 57(2): 1084-1090. doi: 10.7498/aps.57.1084
[14]	李俊杰, 王锦程, 许泉, 杨根仓. 外来夹杂物颗粒对枝晶生长形态影响的相场法研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1514-1519. doi: 10.7498/aps.56.1514
[15]	张玉祥, 王锦程, 杨根仓, 周尧和. 相场法模拟弹性场对沉淀相变组织演化及相平衡成分的影响. 物理学报, 2006, 55(5): 2433-2438. doi: 10.7498/aps.55.2433
[16]	龙文元, 蔡启舟, 魏伯康, 陈立亮. 相场法模拟多元合金过冷熔体中的枝晶生长. 物理学报, 2006, 55(3): 1341-1345. doi: 10.7498/aps.55.1341
[17]	龙文元, 蔡启舟, 陈立亮, 魏伯康. 二元合金等温凝固过程的相场模型. 物理学报, 2005, 54(1): 256-262. doi: 10.7498/aps.54.256
[18]	杨弘, 张清光, 陈民. 热扰动对过冷熔体中二次枝晶生长影响的相场法模拟. 物理学报, 2005, 54(8): 3740-3744. doi: 10.7498/aps.54.3740
[19]	李梅娥, 杨根仓, 周尧和. 二元合金高速定向凝固过程的相场法数值模拟. 物理学报, 2005, 54(1): 454-459. doi: 10.7498/aps.54.454
[20]	于艳梅, 杨根仓, 赵达文, 吕衣礼, A. KARMA, C. BECKERMANN. 过冷熔体中枝晶生长的相场法数值模拟. 物理学报, 2001, 50(12): 2423-2428. doi: 10.7498/aps.50.2423

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物理学报. 2006, 55(2): 780-785.

doi: 10.7498/aps.55.780.

等温凝固多晶粒生长相场法模拟

1. 兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，兰州 730050

基金项目: 甘肃省科技攻关项目(GS012-A52-071)及甘肃省重大成果科技转化项目(2GS044-A52-001-25)资助的课题.

收稿日期: 2005-06-21
修回日期: 2005-08-07
刊出日期: 2006-01-05

摘要: 采用Kim模型，利用耦合溶质场的相场模型对Al-2-mole-Cu合金等温凝固过程中多晶粒相互影响下枝晶的生长过程进行数值模拟，为了提高计算效率，采用差分去实现宏微观场之间的耦合.研究了不同过冷度对多晶粒枝晶形貌和溶质分布的影响，结果表明：成分过冷对枝晶生长速度和溶质分配有着重大的影响，溶质元素Cu在固液界面前沿重新分布，结果导致实际热过冷减小，进而影响枝晶的生长和溶质向外层的扩散，致使相互接触的枝晶产生萎缩而其余没有受到抑制的枝晶生长方向产生择优现象.

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