搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

晶体取向对定向凝固枝晶生长的影响

王贤斌 林鑫 王理林 白贝贝 王猛 黄卫东

引用本文:
Citation:

晶体取向对定向凝固枝晶生长的影响

王贤斌, 林鑫, 王理林, 白贝贝, 王猛, 黄卫东

Effect of crystallographic orientation on dendrite growth in directional solidification

Wang Xian-Bin, Lin Xin, Wang Li-Lin, Bai Bei-Bei, Wang Meng, Huang Wei-Dong
PDF
导出引用
  • 采用类金属透明模型合金丁二腈-1.0 wt%乙醇(SCN-1.0 wt% Eth)合金, 考察了晶体取向对定向凝固过程中晶粒的平界面失稳孕育时间、枝晶形态演化以及枝晶一次间距的影响. 结果表明, 随着枝晶择优生长方向与温度梯度方向夹角的增大, 晶粒的平界面失稳孕育时间增加, 界面的稳定性增强; 对于不同晶体取向的枝晶形态演化, 枝晶择优生长方向与温度梯度方向夹角越大, 枝晶二次臂不对称生长越严重, 同时, 具有生长优势的枝晶二次臂对相邻枝晶的生长的抑制越强烈; 至于不同晶体取向的枝晶一次间距, 随着枝晶择优生长方向与温度梯度方向夹角的增大, 枝晶一次间距增大.
    Dendrite is a typical pattern in directional solidification, attracting many theoretical and experimental researches. However, the effect of crystallographic orientation on dendrite growth is less considered in these researches. In this paper, using a transparent model alloy SCN-1.0 wt% Eth, the effects of crystallographic orientation on the incubation time of planar interface instability, the dendritical morphological feature, and the primary dendrite spacing in directional solidification are investigated. Three crystal grains with different angles between the dendrite axis direction and thermal gradient direction are chosen in our experimental. The experimental results show that the incubation time of planar interface instability increases with the deviation of dendrite axis from thermal gradient direction, which suggests that the deviation of dendrite axis favors the planar interface stability. And with the increase of deviation angle of dendrite axis, the side branches of dendrite become more asymmetric and the preferred side-branches suppress neighboring dendrite growth. Also it is found that the primary dendrite spacing becomes larger as the angle between the dendrite axis direction and thermal gradient direction increases.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2011CB610402)和国家自然科学基金(批准号: 50971102, 50901061)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Basic Research Program of China (Grant No. 2011CB610402), and the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50971102, 50901061).
    [1]

    Trivedi R, Somboonsuk K 1985 Acta Metall. 33 1061

    [2]

    Kurz W, Fisher D J 1986 Fundamentals of Solidification (3rd Ed.) (Switzerland: Trans Tech Publications Ltd) p23

    [3]

    Billia B, Trivedi R 1993 Handbook of Crystal Growth (London: North-Holland) p1007

    [4]

    Lin X, Li T, Wang L L, Su Y P, Huang W D 2004 Acta Phys. Sin. 53 3971 (in Chinese) [林鑫, 李涛, 王琳琳, 苏云鹏, 黄卫东 2004 物理学报 53 3971]

    [5]

    Huang W D, Lin X, Li T, Wang L L, Inatomi Y 2004 Acta Phys. Sin. 53 3978 (in Chinese) [黄卫东, 林鑫, 李涛, 王琳琳, Inatomi Y 2004 物理学报 53 3978]

    [6]

    Suk M J, Park Y M, Kim Y D 2007 Scripta Mater. 57 985

    [7]

    Kaya H, Cadirli E, Keslioglu K, Marasli N 2005 J. Cryst. Growth 276 583

    [8]

    Hansen G, Liu S, Lu S Z, Hellawell A 2002 J. Cryst. Growth 234 731

    [9]

    Laxmanan V 1998 Scipta Mater. 38 1289

    [10]

    Burden M H, Hunt J D 1974 J. Cryst. Growth 22 99

    [11]

    Hunt J D 1979 Solidification and Casting of Metals (London: Metals Society) p35

    [12]

    Kurz W, Fisher D J 1981 Acta Metall. 29 11

    [13]

    Trivedi R 1984 Metall. Trans. A 15 977

    [14]

    Wang L L, Wang X B, Wang H Y, Lin X, Huang W D 2012 Acta Phys. Sin. 61 148104 (in Chinese) [王理林, 王贤斌, 王红艳, 林鑫, 黄卫东 2012 物理学报 61 148104]

    [15]

    Utter B, Bodenschatz E 2002 Phys. Rev. E 66 051604

    [16]

    Grugel R N, Zhou Y 1989 Metall. Trans. A 20A 969

    [17]

    Gandin C A, Eshelman M, Trivedi R 1996 Metall. Mater. Trans. A 27A 2727

    [18]

    Deschamps J, Georgelin M, Pocheau A 2006 Europhys. Lett. 76 291

    [19]

    Pocheau A, Deschamps J, Georgelin M 2007JOM 59 71

    [20]

    Wang Z J, Wang J C, Yang G C 2009 Phys. Rev. E 80 052603

    [21]

    Wang Z J, Li J J, Wang J C 2011 J. Cryst. Growth 328 108

    [22]

    Yang C B, Liu L, Zhao X B, Liu G, Zhang J, Fu H Z 2011 Acta Metall. Sin. 47 1246 (in Chinese) [杨初斌, 刘林, 赵新宝, 刘刚, 张军, 傅恒志 2011 金属学报 47 1246]

    [23]

    Muschol M, Liu D, Cummins H Z 1992 Phys. Rev. A 46 1038

    [24]

    Trivedi R, Kurz W 1994 Acta Metall. Mater. 42 15

  • [1]

    Trivedi R, Somboonsuk K 1985 Acta Metall. 33 1061

    [2]

    Kurz W, Fisher D J 1986 Fundamentals of Solidification (3rd Ed.) (Switzerland: Trans Tech Publications Ltd) p23

    [3]

    Billia B, Trivedi R 1993 Handbook of Crystal Growth (London: North-Holland) p1007

    [4]

    Lin X, Li T, Wang L L, Su Y P, Huang W D 2004 Acta Phys. Sin. 53 3971 (in Chinese) [林鑫, 李涛, 王琳琳, 苏云鹏, 黄卫东 2004 物理学报 53 3971]

    [5]

    Huang W D, Lin X, Li T, Wang L L, Inatomi Y 2004 Acta Phys. Sin. 53 3978 (in Chinese) [黄卫东, 林鑫, 李涛, 王琳琳, Inatomi Y 2004 物理学报 53 3978]

    [6]

    Suk M J, Park Y M, Kim Y D 2007 Scripta Mater. 57 985

    [7]

    Kaya H, Cadirli E, Keslioglu K, Marasli N 2005 J. Cryst. Growth 276 583

    [8]

    Hansen G, Liu S, Lu S Z, Hellawell A 2002 J. Cryst. Growth 234 731

    [9]

    Laxmanan V 1998 Scipta Mater. 38 1289

    [10]

    Burden M H, Hunt J D 1974 J. Cryst. Growth 22 99

    [11]

    Hunt J D 1979 Solidification and Casting of Metals (London: Metals Society) p35

    [12]

    Kurz W, Fisher D J 1981 Acta Metall. 29 11

    [13]

    Trivedi R 1984 Metall. Trans. A 15 977

    [14]

    Wang L L, Wang X B, Wang H Y, Lin X, Huang W D 2012 Acta Phys. Sin. 61 148104 (in Chinese) [王理林, 王贤斌, 王红艳, 林鑫, 黄卫东 2012 物理学报 61 148104]

    [15]

    Utter B, Bodenschatz E 2002 Phys. Rev. E 66 051604

    [16]

    Grugel R N, Zhou Y 1989 Metall. Trans. A 20A 969

    [17]

    Gandin C A, Eshelman M, Trivedi R 1996 Metall. Mater. Trans. A 27A 2727

    [18]

    Deschamps J, Georgelin M, Pocheau A 2006 Europhys. Lett. 76 291

    [19]

    Pocheau A, Deschamps J, Georgelin M 2007JOM 59 71

    [20]

    Wang Z J, Wang J C, Yang G C 2009 Phys. Rev. E 80 052603

    [21]

    Wang Z J, Li J J, Wang J C 2011 J. Cryst. Growth 328 108

    [22]

    Yang C B, Liu L, Zhao X B, Liu G, Zhang J, Fu H Z 2011 Acta Metall. Sin. 47 1246 (in Chinese) [杨初斌, 刘林, 赵新宝, 刘刚, 张军, 傅恒志 2011 金属学报 47 1246]

    [23]

    Muschol M, Liu D, Cummins H Z 1992 Phys. Rev. A 46 1038

    [24]

    Trivedi R, Kurz W 1994 Acta Metall. Mater. 42 15

  • [1] 钮迪, 蒋晗. 界面动力学参数对深胞晶界面形态整体波动不稳定性的影响. 物理学报, 2022, 71(16): 168101. doi: 10.7498/aps.71.20220322
    [2] 楚硕, 郭春文, 王志军, 李俊杰, 王锦程. 浓度相关的扩散系数对定向凝固枝晶生长的影响. 物理学报, 2019, 68(16): 166401. doi: 10.7498/aps.68.20190603
    [3] 徐小花, 陈明文, 王自东. 各向异性表面张力对定向凝固中共晶生长形态稳定性的影响. 物理学报, 2018, 67(11): 118103. doi: 10.7498/aps.67.20180186
    [4] 张桐鑫, 王志军, 王理林, 李俊杰, 林鑫, 王锦程. 定向凝固单晶冰的取向确定与选晶. 物理学报, 2018, 67(19): 196401. doi: 10.7498/aps.67.20180700
    [5] 蒋晗, 陈明文, 王涛, 王自东. 各向异性界面动力学与各向异性表面张力的相互作用对定向凝固过程中深胞晶生长的影响. 物理学报, 2017, 66(10): 106801. doi: 10.7498/aps.66.106801
    [6] 蒋晗, 陈明文, 史国栋, 王涛, 王自东. 各向异性表面张力对深胞晶界面形态稳定性的影响. 物理学报, 2016, 65(9): 096803. doi: 10.7498/aps.65.096803
    [7] 高鹏飞, 刘铁, 柴少伟, 董蒙, 王强. 磁感应强度和冷却速率对Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金凝固过程中取向行为的影响. 物理学报, 2016, 65(3): 038104. doi: 10.7498/aps.65.038104
    [8] 郭春文, 李俊杰, 马渊, 王锦程. 定向凝固过程中枝晶侧向分枝生长行为与强制调控规律. 物理学报, 2015, 64(14): 148101. doi: 10.7498/aps.64.148101
    [9] 陈明文, 陈弈臣, 张文龙, 刘秀敏, 王自东. 各向异性表面张力对定向凝固中深胞晶生长的影响. 物理学报, 2014, 63(3): 038101. doi: 10.7498/aps.63.038101
    [10] 陈瑞, 许庆彦, 柳百成. 基于元胞自动机方法的定向凝固枝晶竞争生长数值模拟. 物理学报, 2014, 63(18): 188102. doi: 10.7498/aps.63.188102
    [11] 白贝贝, 林鑫, 王理林, 王贤斌, 王猛, 黄卫东. 抽拉速度对SCN-DC共晶生长形貌的影响. 物理学报, 2013, 62(21): 218103. doi: 10.7498/aps.62.218103
    [12] 王贤斌, 林鑫, 王理林, 宇红雷, 王猛, 黄卫东. 液相对流对定向凝固胞/枝晶间距的影响. 物理学报, 2013, 62(7): 078102. doi: 10.7498/aps.62.078102
    [13] 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
    [14] 王理林, 王贤斌, 王红艳, 林鑫, 黄卫东. 晶体取向对定向凝固平界面失稳行为的影响. 物理学报, 2012, 61(14): 148104. doi: 10.7498/aps.61.148104
    [15] 石玉峰, 许庆彦, 柳百成. 对流作用下枝晶形貌演化的数值模拟和实验研究. 物理学报, 2011, 60(12): 126101. doi: 10.7498/aps.60.126101
    [16] 王华滔, 秦昭栋, 倪玉山, 张文. 不同晶体取向下纳米压痕的多尺度模拟. 物理学报, 2009, 58(2): 1057-1063. doi: 10.7498/aps.58.1057
    [17] 王建元, 陈长乐, 翟薇, 金克新. 切向流动作用下SCN-3wt% H2O枝晶定向生长过程研究. 物理学报, 2009, 58(9): 6554-6559. doi: 10.7498/aps.58.6554
    [18] 王志军, 王锦程, 杨根仓. 各向异性作用下合金定向凝固界面稳定性的渐近分析. 物理学报, 2008, 57(2): 1246-1253. doi: 10.7498/aps.57.1246
    [19] 汪 渊, 宋忠孝, 徐可为. 体心立方金属W薄膜晶体取向的膜厚尺寸效应及其表面映射. 物理学报, 2007, 56(12): 7248-7254. doi: 10.7498/aps.56.7248
    [20] 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
计量
  • 文章访问数:  6341
  • PDF下载量:  1250
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-11-30
  • 修回日期:  2012-12-31
  • 刊出日期:  2013-05-05

/

返回文章
返回