强迫对流下共晶组织生长的相场法模拟

发布时间：2018-05-23 12:21

本文选题：强迫对流 + 共晶层片　；参考：《兰州理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：共晶层片是合金凝固过程中普遍存在的组织现象,实际铸造过程中是空间三维立体的,利用二维相场模型模拟的结果并不能完全真实地表征共晶凝固的微观组织形貌。对流存在于合金的凝固过程中是不容置疑的事实,且熔融液体内的物质以及热量的传输,一方面依赖于扩散作用,另一方面严重受到液体流动的影响,金属液的流动明显地改变了晶体凝固过程中溶质场的分布,直接改变了共晶层片的生长过程,使最终形成与扩散条件下完全不同的共晶层片微观组织。材料的微观组织影响着材料的宏观性能,因此研究流场作用下三维共晶生长的形貌演化是相当有意义的研究课题。本文采用耦合相场模型和计算流场LBM模型的数值模拟方法,以CBr4-C2Cl6(四溴化碳一六氯乙烷)为例,主要研究强迫对流下等温凝固过程中三维层片共晶生长的形貌演化问题。具体的研究内容与结论如下:(1)在等温凝固条件下,液体流动明显改变了层片共晶的生长形貌,由垂直于固液界面对称、周期性交替生长→倾斜于逆流方向及界面前沿出现异相形核的生长模式;液体流动使共晶组织的生长速度加快。(2)在不同的液体流动方向时,层片共晶组织的生长形貌出现明显的差异;无流场时,层片呈垂直于固液界面对称性生长模式;当液体流动方向与Y方向(共晶层片的平行方向)夹角?=0o时,液体流动对共晶生长形貌无明显影响;当夹角?=45o与?=90o时,共晶层片呈振荡不稳定、层片前沿异相形核分叉及倾斜于逆流方向生长的模式;夹角?=45o比?=90o更早出现因层片间距调整即层片间距减小、层片对数增加的现象。(3)随着流速的不断增大,共晶层片生长速度加快及倾斜于逆流方向生长越明显。过冷度的变化与层片生长速度是正相关,与层片间距是负相关;随着过冷度的增大,共晶层片在溶质扩散及流场的作用下通过形核及分叉机理实现层片间距的调整以至稳态生长。(4)亚共晶和过共晶成分时随着初始层片间距的增大:纯扩散下共晶层片的生长形貌依次为:垂直于界面对称性稳态生长→低幅振荡态不稳定→大幅度的振荡态不稳定;强迫对流下层片的生长形貌为:逆流生长及低幅振荡不稳定→层片前沿一次形核与分叉、振荡及逆流生长→多次形核与分叉、振荡及沿不同方向倾斜生长。由此得出,亚共晶和过共晶成分时层片随初始层片间距增大的形貌变化一致。共晶成分时随着初始层片间距的增大:纯扩散下,层片生长模式依次为稳态生长→低幅振荡→大幅度振荡→棒状;强迫对流下,层片的生长模式依次为逆流生长及低幅振荡→层片前沿一次形核分叉及振荡态不稳定→逆流生长及大幅度振荡不稳定。(5)在定性方面,本文的模拟结果与实验得到的共晶生长形貌基本一致,验证了数值模拟结果的可靠性。
[Abstract]:In this paper , the morphology evolution of the eutectic structure in the process of solidification is studied by using the coupling phase field model and the numerical simulation method of the flow field LBM . ( 4 ) With the increase of the spacing of the initial layer , the growth pattern of the eutectic layer under the pure diffusion is consistent with the increase of the spacing of the initial layer . The growth mode of the layer is in the order of steady growth , low amplitude oscillation , large oscillation and rod - like growth .
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG21

【参考文献】