多元多相合金凝固显微组织演化的数值模拟

发布时间：2025-01-18 11:50

　　本文采用数值模拟方法,对Al-Si-Mg三元合金枝晶、共晶凝固过程和Fe-C二元合金等温包晶转变过程开展模拟研究,结合理论模型和实验结果进行分析讨论。在课题组前期工作基础上,建立了三元合金枝晶共晶生长的元胞自动机（cellular automaton,CA）模型。将模拟得到的合金固相分数与温度变化关系曲线与杠杆定律和Scheil模型进行比较,验证了模型的合理性。应用CA模型模拟了亚共晶和共晶成分的Al-Si-Mg合金凝固显微组织演化过程,研究了冷却速度和合金成分对显微组织和显微偏析的影响,发现冷速越大,凝固组织越细;增大共晶凝固过冷度可细化共晶组织;模拟的凝固组织与实验的凝固组织吻合良好。当采用固相扩散为零时,冷速越高,先凝固区域溶质浓度偏高而后凝固区域溶质浓度偏低;当采用实际固相扩散系数时,在较低的冷速下,溶质在固相中的反扩散作用明显。建立了二元合金包晶转变CA模型,对Fe-C合金等温包晶转变过程（δ→γ,L→γ）进行模拟研究。模拟了在母相中过饱和度为零(Ω_γL=Ω_γδ=0)的条件下等温包晶转变过程中γ相的生长动力学。结果表明,γ相厚度随时间...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1Al-7wt.%Si合金(a)未变质处理和(b)变质处理后共晶Si相的三维重构形貌

图1.1Al-7wt.%Si合金(a)未变质处理和(b)变质处理后共晶Si相的三维重构形貌[42]以上研究均是对合金凝固完成后的组织进行观察，因此无法得知合金凝固过织演变信息。Nogita等[43]对凝固过程中的试样进行淬火处理，使其保留下凝固组织，来研究B对A....

图1.2Fe-0.18wt.%C合金在冷速为(a,b)10K/min和(c,d)100K/min条件下发生包晶转变的形貌演化

第一章绪论C扩散控制的；(2)Lγ的生长速度比γ的生长速度慢；(3)γ相中的C浓性分布[10,36]。研究者们对Fe-C合金连续冷却的包晶转变过程也做了一些实验研究[49,50]。[50]基于HTLSCM的原位观察发现，在较低的冷速(10K/m....

图1.3不同含量的P和Sr对Al-7wt.%Si合金凝固组织演化的影响对比

图1.3不同含量的P和Sr对Al-7wt.%Si合金凝固组织演化的影响对比[4]1.3.2包晶凝固组织的相场模拟学者们采用MPF模型来模拟研究包晶反应和包晶转变过程[50,61-63]。Phelan等[50]提出了一个Fe-C合金在大的冷却速度下发生....

图1.5不同尖端速度下γ相小片生长形貌的实验与模拟对比：(a)实验，Vtip=36μm/s；(b)PF模拟，Vtip=36.5μm/s，ΔT=0.85K；(c)实验，Vtip=510μm/s；(d)PF模拟，Vtip=521μm/s，ΔT=3.17K[69]

长速度的增加，γ相的厚度减小。图1.5b和d中的数字表示该位置的溶质浓度，从以看到，在大的过冷度和高的尖端生长速度条件下，γ相小片厚度方向的浓度梯度大，因此γ相厚度方向的生长速度也较快。图1.4包晶转变的抛物线速率常数与保温温度关系的模拟与实验对比[67]10....

本文编号：4028578