边界热通量作用下枝晶生长相场模型的有限元法模拟

发布时间：2019-04-10 07:08

【摘要】：基于Beckermann和Karma枝晶生长相场模型,建立耦合溶质场、温度场的相场模型,采用有限元法对控制方程进行求解,研究凝固过程Al-3.0%(质量分数)Cu合金在边界热通量作用下的枝晶生长行为。结果表明,边界热通量作用能够显著改变凝固前沿的传热和传质,影响枝晶生长形貌。在边界抽热条件下,枝晶前沿温度降低,实际过冷度增大,从而促进二次枝晶生长发育,界面前沿溶质扩散层薄,枝晶微观偏析严重。而边界加热条件下,枝晶前沿温度升高,实际过冷度减小,抑制枝晶生长发育,界面前沿扩散层厚,枝晶微观偏析减弱。
[Abstract]:Based on the phase field model of Beckermann and Karma dendrite growth, the phase field model of coupled solute field and temperature field is established, and the governing equation is solved by finite element method. The dendrite growth behavior of Al-3.0% (mass fraction) Cu alloy under boundary heat flux was studied. The results show that the boundary heat flux can significantly change the heat and mass transfer at the solidification front and affect the dendrite growth morphology. Under the condition of boundary heat extraction, the dendrite front temperature decreases and the actual undercooling degree increases, which promotes the secondary dendrite growth and development, the solute diffusion layer at the interface front is thin, and the dendrite microsegregation is serious. Under the condition of boundary heating, the temperature of dendrite front increases, the actual undercooling degree decreases, the growth and development of dendrite are inhibited, the thickness of interface front diffusion layer is thick, and the microsegregation of dendrite is weakened.
【作者单位】： 西南交通大学材料科学与工程学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51301143) 中国博士后基金资助项目(2014M560727) 四川省科技支撑计划资助项目(2015GZ0228) 西南交通大学科技创新资助项目(2682014CX001)
【分类号】：TG111.4

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本文编号：2455593