文档介绍：第卷第期南昌大学学报· 工科版..
年月.
文章编号:———
元胞自动机法模拟一.% 枝晶生长
吴强,杨湘杰,谢水生
.南昌大学机电工程学院,江西南昌;
.北京有色金属研究总院,北京
摘要:通过引入溶质再分配、溶质扩散、界面能各向异性和界面曲率,构建了描述合金凝固微观组织形态演变
的元胞自动机模型。并用该模型研究了一.%合金凝固过程中树枝晶长大过程。结果表明:该模
型较好地描述了枝晶生长、晶间和枝晶偏析。凝固过程中的溶质再分配直接影响着树枝晶的生长形貌和微观偏析
形成。成份过冷是液/固界面失稳的主要原因,激发二次晶或三次晶产生。二次晶生长是相互竞争的过程,在成分
过冷和曲率过冷作用下,二次晶根部溶质富集程度大,出现明显的“颈缩”。在枝晶生长过程中,枝晶间会形成小范
围、高溶质浓度的孤立液体区域,形成晶间偏析或点偏析,树枝晶形貌对晶间偏析程度影响较大。在各枝晶臂上,
先凝固部分溶质浓度较后凝固部分溶质浓度低,并且中心溶质浓度较边缘处溶质浓度低,形成枝晶偏析,枝晶偏析
在枝晶的亚稳态生长阶段更显著。
关键词:树枝晶生长;元胞自动机;有限体积法;微观偏析
中图分类号: 文献标识码:

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数值模拟技术和计算机技术的迅速发展,使得凝模拟提供精确的潜热释放,还可以预测组织形貌及其
固过程的数值模拟由宏观转向微观包括介观度、微演变动力学、偏析和缺陷形成、夜/固界面运动和失
观尺度和纳观尺度。微观尺度模拟不仅可以为宏观稳、树枝晶尖端生长动力学和二次晶间距等。目前发
收稿日期:——
基金项目:国家自然科学基金资助项;北京有色金属研究总院开放课题
作者简介:吴强一,男,硕士研究生;通讯作者:杨湘杰一,男,教授,博士,博士生导师,鲥..。
. . 南昌大学学报·工科版年
展的微观尺度组织模拟方法主要有界面跟踪法~、要素包括:①正方形元胞及其构成的模拟空间;②元
相场法和元胞自动机方法副等。胞的状态变量,∈固态,液态,界面,模型中
铝合金凝固过程中,初生相的形态影响着两相固态元胞和液态元胞之间总是由一层界面元胞分
区的渗透性和微观尺度的溶质再分布,它们与成形离;③元胞的场变量,包括温度,、平均溶质浓度、
件的宏观偏析和各种微观缺陷密切相关。因此兼顾晶体学取向。对于界面元胞还具有液相溶质浓度
晶粒形貌和微观偏析的初生相形成是微观尺度组织、固相溶质浓度和固相率∈,三个场变
模拟的重点。树枝晶是自然界中最为复杂的形状之量,而平均溶质浓度为界面元胞的固相溶质浓度和
一液相溶质浓度的体积平均,即一;
, 是凝固形态学研究的重要组成部分,其形成是一
个涉及到热量、质量和动量传输,以及界面动力学和④邻居构型为邻居,包括最近邻和次近
界面张力效应耦合作用的自由边界问题。本文采用邻;⑤元胞的状态和场变量在该元胞本身及
元胞自动机方法研究一.%二元合金凝其邻居信息、形核和生长的共同作用下改变。模拟
固过程中树枝晶分支结构和微观偏析形成。初始,所有元胞均为液相,固相率为.。模拟空间