过冷度对Ni-Cu 合金枝晶偏析影响的相场法模拟 - 中国有色金属学报.PDF

第 26 卷第 1 期 中国有色金属学报 2016 年 1 月 Volume 26 Number 1 The Chinese Journal of Nonferrous Metals January 2016 文章编号：1004-0609(2016)-01-0060-06 过冷度对 Ni-Cu 合金枝晶偏析影响的 相场法模拟 侯超杰，靳玉春，赵宇宏，侯 华，佟乐乐 ( 中北大学 材料科学与工程学院，太原 030051) 摘 要：采用耦合热扰动的相场模型，对 Ni-Cu 合金枝晶生长中的枝晶形貌和微观偏析进行计算和分析，并研究 过冷度对其凝固过程中溶质分布的影响。结果表明：随着过冷度的增加，二次枝晶变的更发达，枝晶主干变细， 一次枝晶干轴对称中心处的溶质浓度升高，一次枝晶干和二次枝晶臂间富集的溶质更多。过冷度越大，固液界面 前沿溶质扩散层越薄，枝晶的微观偏析越严重，即溶质微观偏析程度随过冷度的增大而增大。 关键词：Ni-Cu 合金；相场法；过冷度；枝晶偏析 中图分类号：TG146.1 文献标志码：A Ni-Cu 合金在工业领域有着非常重要的应用，其 的影响。对枝晶偏析情况进行了预测，可据此优化工 结晶方式为树枝状生长，一次枝晶臂两侧存在大量二 艺，得到力学性能更优良的铸件。 次枝晶[1] 。在其实际凝固中难以得到完全均衡态的组 织，只能进行非平衡凝固。凝固过程中溶质元素的重 1 相场模型及理论求解 新分配会造成合金元素在晶粒内部和晶界的分布不均 匀，从而导致成分偏析[2] 。溶质的微观偏析会降低金 1.1 相场方程 属产品的力学性能，因此，对金属产品进行定量预测 2 2 2 [3] τ ∂Φ [Φ =−λu (1−Φ )](1−Φ ) +∇[W ∇Φ] +  就显得尤为重要 。采用实验方法研究微观偏析时由 t 于观察及测定困难不能准确的进行分析。随着计算模 2 ∂W ∑ ∂m [| ∇Φ | W ] (1) ∂∂ 拟技术在凝固领域的广泛应用，发展出许多凝固微观 ( Φ) , m x y m 组织的数值模拟方法。其中相场法[4](Phase field