Pb-Sn共晶合金层片状生长稳定性的相场法数值模拟

发布时间：2017-10-17 14:11

  本文关键词：Pb-Sn共晶合金层片状生长稳定性的相场法数值模拟

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【摘要】：共晶层片组织是一种比较普遍的微观组织,广泛存在于许多重要的结果材料和功能材料的液-固相变过程中。怎样准确地获取共晶凝固过程中共晶组织的演化信息以及转化规律,是共晶领域科研工作者们的最主要的问题。由于对成型过程的控制需要掌握大量的参数,全部用实验手段进行研究很难实现,而数值模拟方法可以克服这些困难,因此,微观组织的数值模拟方法得到了人们高度关注。在众多微观组织的数值模拟方法中,相场法作为一种比较有效的微观组织模拟方法,已在微观组织演化的研究中凸显出越来越重要的作用。相场法可以通过耦合其他外部场,有效地把微观和宏观尺度结合,比较真实地模拟铸件的凝固过程。本文以KKSM多相场模型为基础,模拟了Pb-Sn共晶合金的稳态凝固过程,以及以Pb-Sn共晶合金为基础模拟研究了共晶层片稳定性生长的影响因素。研究结果表明:(1)通过二元合金共晶生长的KKSM多相场模型与计算相图(CALPHAD)的耦合,模拟再现了定向凝固条件的Pb-Sn共晶合金的稳态生长过程,该模拟结果与理论吻合度较好。(2)在等温凝固条件下,共晶的层片形态受到初始层片间距的影响。随着初始层片间距的增大,亚共晶成分的生长形貌发生依次为:层片湮没→稳态生长→2λO→层片分叉;共晶成分为:层片湮没→稳态生长→1λO→2λO;过共晶成分为:层片湮没→稳态生长→T-2λO→Tilt。(3)在等温凝固时,通过对保持其他条件不变,改变固-液界面前沿的初始过冷度的模拟研究,可以看出:随着过冷度的增大,共晶层片的生长形态由规则形态向失稳的震荡状态变化。(4)当改变界面自由能时,在共晶三相点相接触的三个界面会随着改变,并且是使系统向着自由能最低状态方向变化。
【关键词】：多相场法 二元共晶 计算相图 形态稳定性 数值模拟
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.12
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 符号表8-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 概述10-11
• 1.2 微观组织模拟的研究方法11-13
• 1.3 相场法的研究进展13-18
• 1.4 多相场模型18-21
• 1.5 共晶凝固领域的发展现状21-22
• 1.6 本文主要的研究工作内容22-24
• 第二章 相场模型的建立24-36
• 2.1 相场模型的基本原理及建立步骤24-25
• 2.2 共晶凝固尖锐界面模型25-28
• 2.3 KKSM共晶多相场模型28-32
• 2.4 模型参数的确定32-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第三章 模型控制方程的求解及后处理36-46
• 3.1 前处理36-37
• 3.2 数值计算37-42
• 3.3 后处理42-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 计算相图在相场法数值模拟中的应用46-54
• 4.1 概述46
• 4.2 热力学模型46
• 4.3 Pb-Sn溶液的摩尔自由能数据及相图46-47
• 4.4 Pb-Sn溶液的相场法模拟47-52
• 4.5 本章小结52-54
• 第五章 各因素对二元共晶层片生长的影响54-66
• 5.1 概述54
• 5.2 一些计算参数的界定54-55
• 5.3 Pb-Sn共晶合金的形貌选择55-60
• 5.4 层片生长形态稳定性的影响因素60-64
• 5.5 本章小结64-66
• 第六章 结论66-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士期间发表的论文71-73
• 致谢73-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 赵代平,荆涛,柳百成;相场方法模拟铝合金三维枝晶生长[J];物理学报;2003年07期

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本文编号：1049272