金属学报  2011, Vol. 47 Issue (5): 620-627    DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00642

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定向凝固过程中NH4Cl-H2O枝晶生长的数值模拟

石玉峰, 许庆彦, 龚铭, 柳百成

清华大学机械工程系先进成形制造教育部重点实验室, 北京 100084

SIMULATION OF NH4Cl-H2O DENDRITIC GROWTH IN DIRECTIONAL SOLIDIFICATION

SHI Yufeng, XU Qingyan, GONG Ming, LIU Baicheng

Key Laboratory for Advanced Materials Processing Technology, Ministry of Education, Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084

石玉峰 许庆彦 龚铭 柳百成. 定向凝固过程中NH₄Cl-H₂O枝晶生长的数值模拟[J]. 金属学报, 2011, 47(5): 620-627.
, , , . SIMULATION OF NH₄Cl-H₂O DENDRITIC GROWTH IN DIRECTIONAL SOLIDIFICATION[J]. Acta Metall Sin, 2011, 47(5): 620-627.

摘要 参考文献 相关文章 Metrics 全文: PDF(1294 KB)   摘要: 建立了一种改进的元胞自动机模型(MCA), 通过考虑成分过冷、曲率过冷、择优取向系数、温度梯度和抽拉速度等因素, 模拟了不同温度梯度方向、不同择优取向及不同抽拉速度对柱状晶形态的影响. 模拟结果较好地刻画了温度梯度和生长方向夹角的变化对一次枝晶臂间距的影响, 不同择优生长取向的柱状晶竞争生长过程以及柱状晶尖端分叉机制. 为了验证模型的可靠性, 使用NH4Cl-H2O透明合金进行了定向凝固实验, 实验结果和模拟结果吻合较好. 关键词 ： 元胞自动机,  NH4Cl-H2O透明合金,  定向凝固,  数值模拟     Abstract：Studying the microstructure evolution mechanism of directional solidification by numerical simulation has the directive significance in the solidification theory and practical production. Taking account of constitutional undercooling, curvature undercooling, preferred growth orientation coefficient, temperature gradient and pulling velocity, a modified cellular automaton (MCA) model has been developed to simulate the influence of different temperature gradient directions, different preferred growth orientations and different pulling velocities on the morphologies of columnar dendrites. The simulation results well describe the influence of inclination angle between temperature gradient and growth direction on primary dendrite arm spacing (PDAS). Meanwhile the simulation results also reproduce the competitive growth of columnar dendrites with different preferred growth orientations and the splitting of the columnar dendritic tips. For the purpose of verifying this model, the relevant experiments have been carried out on an NH4Cl-H2O solution. The experimental results are compared critically with the simulation ones from the MCA model. Key words： cellular automaton    NH4Cl-H2O transparent alloy    directional solidification    numerical simulation 收稿日期: 2010-12-01      ZTFLH:  O781   基金资助: 国家自然科学基金项目10477010, 国家重点基础研究发展计划项目2005CB724105和2011CB706801, 国家高技术研究发展计划项目2007AA04Z141及国家科技重大专项项目2009ZX04006-041-04资助 作者简介: 石玉峰, 男, 1985年生, 博士生 服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 石玉峰 许庆彦 龚铭 柳百成 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/10.3724/SP.J.1037.2010.00642      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y2011/V47/I5/620 [1] Hunt J D, Lu S Z. Metall Mater Trans, 1996; 27A: 611 [2] Kurz W, Fisher D J. Acta Metall, 1981; 29: 11 [3] Somboonsuk K, Trivedi R. Acta Metall, 1985; 33: 1051 [4] Huang W, Geng X, Zhou Y. J Cryst Growth, 1993; 134: 105 [5] Rappaz M, Gandin C A. Acta Metall, 1993; 41: 345 [6] Gandin C A, Rappaz M, Tintillier R. Metall Mater Trans, 1994; 25A: 629 [7] Nastac L. Acta Mater, 1999; 47: 4253 [8] Beltran–Sanchez L, Stefanescu D M. Metall Mater Trans, 2004; 35A: 2471 [9] WangW, Lee P D, McLean M. Acta Mater, 2003; 51: 2971 [10] Zhu M F, Hong C P. ISIJ Int, 2001; 41: 436 [11] Liu Y, Xu Q Y, Liu B C. Tsinghua Sci Technol, 2006; 11: 495 [12] Shan B W, Huang W D, Lin X, Wei L. Acta Metall Sin, 2008; 44: 1042 (单博炜, 黄卫东, 林鑫, 魏雷. 金属学报, 2008; 44: 1042) [13] Esaka H. PhD thesis, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Switzerland, 1986 [14] Hansen G, Liu S, Lu S Z, Hellawell A. J Cryst Growth, 2002; 234: 731 [15] Bennon W D, Incropera F P. Metall Mater Trans, 1987; 18B: 611 [16] Feng Y H, Nie H, Zhang X X. J Eng Thermoph, 2008; 29: 301 (冯妍会, 聂红, 张欣欣. 工程热物理学报, 2008; 29: 301) [17] Yu J, Xu Q Y, Cui K, Liu B C. Acta Metall Sin, 2007; 43: 731  (于 靖, 许庆彦, 崔锴, 柳百成. 金属学报, 2007; 43: 731) [18] Li B, Xu Q Y, Pan D, Liu B C, Xiong Y C, Zhou Y J, Hong R Z. Acta Metall Sin, 2008; 44: 243 (李 斌, 许庆彦, 潘冬, 柳百成, 熊艳才, 周永江, 洪润洲. 金属学报, 2008; 44: 243) [19] Chen J, Zhu M F, Sun G X. Acta Metall Sin, 2005; 41: 799 (陈晋, 朱鸣芳, 孙国雄. 金属学报, 2005; 41: 799) [20] Kurz W, Giovanola B, Trivedi R. Acta Metall, 1986; 34: 823 [21] Walton D, Chalmers B. Trans Metall Soc AIME, 1959; 215: 447 [22] Langer J S, M¨uller–Krumbhaar H. Acta Metall, 1978; 26: 1681 [1] 马德新, 赵运兴, 徐维台, 王富. 重力对高温合金定向凝固组织的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1279-1290. [2] 毕中南, 秦海龙, 刘沛, 史松宜, 谢锦丽, 张继. 高温合金锻件残余应力量化表征及控制技术研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1144-1158. [3] 张健, 王莉, 谢光, 王栋, 申健, 卢玉章, 黄亚奇, 李亚微. 镍基单晶高温合金的研发进展[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1109-1124. [4] 王重阳, 韩世伟, 谢峰, 胡龙, 邓德安. 固态相变和软化效应对超高强钢焊接残余应力的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(12): 1613-1623. [5] 苏震奇, 张丛江, 袁笑坦, 胡兴金, 芦可可, 任维丽, 丁彪, 郑天祥, 沈喆, 钟云波, 王晖, 王秋良. 纵向静磁场下单晶高温合金定向凝固籽晶回熔界面杂晶的形成与演化[J]. 金属学报, 2023, 59(12): 1568-1580. [6] 张开元, 董文超, 赵栋, 李世键, 陆善平. 固态相变对Fe-Co-Ni超高强度钢长臂梁构件焊接-淬火过程应力和变形的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(12): 1633-1643. [7] 周小宾, 赵占山, 汪万行, 徐建国, 岳强. 渣-金界面气泡夹带行为数值物理模拟[J]. 金属学报, 2023, 59(11): 1523-1532. [8] 夏大海, 邓成满, 陈子光, 李天书, 胡文彬. 金属材料局部腐蚀损伤过程的近场动力学模拟：进展与挑战[J]. 金属学报, 2022, 58(9): 1093-1107. [9] 李彦强, 赵九洲, 江鸿翔, 何杰. Pb-Al合金定向凝固组织形成过程[J]. 金属学报, 2022, 58(8): 1072-1082. [10] 陈瑞润, 陈德志, 王琪, 王墅, 周哲丞, 丁宏升, 傅恒志. Nb-Si基超高温合金及其定向凝固工艺的研究进展[J]. 金属学报, 2021, 57(9): 1141-1154. [11] 胡龙, 王义峰, 李索, 张超华, 邓德安. 基于SH-CCT图的Q345钢焊接接头组织与硬度预测方法研究[J]. 金属学报, 2021, 57(8): 1073-1086. [12] 李子晗, 忻建文, 肖笑, 王欢, 华学明, 吴东升. 热导型等离子弧焊电弧物理特性和熔池动态行为[J]. 金属学报, 2021, 57(5): 693-702. [13] 杨勇, 赫全锋. 高熵合金中的晶格畸变[J]. 金属学报, 2021, 57(4): 385-392. [14] 张小丽, 冯丽, 杨彦红, 周亦胄, 刘贵群. 二次枝晶取向对镍基高温合金晶粒竞争生长行为的影响[J]. 金属学报, 2020, 56(7): 969-978. [15] 王富强, 刘伟, 王兆文. 铝电解槽中局部阴极电流增大对电解质-铝液两相流场的影响[J]. 金属学报, 2020, 56(7): 1047-1056. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed