金属学报  2005, Vol. 41 Issue (9): 917-922

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侧向凝固通道偏析的数值模拟

曹海峰 沈厚发 柳百成

清华大学机械工程系;北京 100084; 清华大学先进成形制造重点实验室; 北京 100084

NUMERICAL SIMULATION OF SEGREGATION IN CHANNEL DURING HORIZONTAL SOLIDIFICATION

CAO Haifeng; SHEN Houfa; LIU Baicheng

Department of Mechanical Engineering; Tsinghua University; Beijing 100084;Key Laboratory for Advanced Manufacturing by Materials Processing Technology; Tsinghua University; Beijing 100084

曹海峰; 沈厚发; 柳百成 . 侧向凝固通道偏析的数值模拟[J]. 金属学报, 2005, 41(9): 917-922 .
, , . NUMERICAL SIMULATION OF SEGREGATION IN CHANNEL DURING HORIZONTAL SOLIDIFICATION[J]. Acta Metall Sin, 2005, 41(9): 917-922 .

摘要 参考文献 相关文章 Metrics 全文: PDF(290 KB)   摘要: 建立了二元系凝固过程通道偏析形成的数学模型，给出了描述焓与温度及固相分数耦合关系的表达式. 在实验验证的基础上，对亚共晶与过共晶成分的NH4Cl-H2O侧向凝固通道偏析的形成位置与生长方向进行了数值模拟研究. 模拟计算结果表明，偏析通道起源于糊状区，偏析通道中的富集溶质从糊状区流向液相区. 为了维持偏析通道中的液体流动，枝晶间液体可通过糊状区从液相区得到补充. 糊状区中富集溶质的流动方向取决于析出溶质的密度. NH4Cl-70%H2O侧向凝固时，析出的溶质密度较小，偏析通道倾斜向上生长，在糊状区上部形成A偏析. NH4Cl-90%H2O侧向凝固时，析出的溶质密度较大，在糊状区下部偏析通道倾斜向下生长. 关键词 ： 凝固,  通道偏析,  数值模拟      Abstract：A mathematical model for the segregation formation in channel during solidification process of binary alloys has been built and a set of expressions coupling the temperature and solid fraction with enthalpy is determined. The formation position and growth direction of the segregation during the horizontal solidification of NH4Cl-H2O with hypoeutectic and hypereutectic compositions are numerically studied based on the experiment. The simulation results show that the segregation originates from the mushy zone and the solute-rich liquid flows from mush into liquid. In order to supply the mass equilibrium in the channels,the fresher liquid may penetrate via the mushy zone from pure liquid region. The flow direction of solute-rich liquid in mush depends on its density. Because of the lower density of the rejected solute during the horizontal solidification of NH4Cl-70%H2O, channels grow slantways and upwards and A type segregates form in the upper region of mush. While the density of the rejected solute during the horizontal solidification of NH4Cl-90%H2O, channels grow slantways and downwards in the lower region of mush. Key words： solidification    segregation in channel    numerical simulation 收稿日期: 2005-01-28      ZTFLH:  TG244   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 曹海峰 沈厚发 柳百成 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y2005/V41/I9/917 [1] McDonald R J,Hunt J D. Metall Trans, 1970; 1: 1787 [2] Rady M A, Satyamurty V V, Mohanty A K. Metall Mater Trans, 1997; 28B: 943 [3] Sample A K, Hellawell A. Metall Trans, 1984; 15A: 2163 [4] Beckermann C. Int Mater Rev, 2002; 5: 243 [5] Frueh C, Poirier D R, Felicelli S D. Mater Sci Eng, 2002; A328: 245 [6] Tewari S N, Tiwari R, Magadi G. Metall Mater Trans, 2004; 35A: 2927 [7] Rady M A, Nada S A. Heat Mass Transfer, 1998; 34: 337 [8] Mat M D, Ilegbusi O J. Int J Heat Mass Transfer, 2002; 45: 279 [9] Medina M, Terrail Y Du, Durand F, Fautrelle Y. Metall Mater Trans, 2004; 35B: 743 [10] Bennon W D, Incropera F P. Metall Trans, 1987; 18B: 611 [11] Xu D M, Guo J J, Fu H Z. Mater Sci Eng,2003;A344: 64 [12] Du Q, Li D Z, Li Y Y. Acta Metall Sin, 2000; 36: 1197 (杜强,李殿中,李依依．金属学报,2000;36:1197) [13] Han Z Q, Shen H F, Xiong S M, Liu B C. Acta Metall Sin, 2002; 38: 941 (韩志强,沈厚发,熊守美,柳百成．金属学报,2002;38:941) [14] Ma C W, Shen H F, Huang T Y, Liu B C. Chin J Mater Res, 2004; 18: 232 (马长文,沈厚发,黄天佑,柳百成．材料研究学报,2004;18: 232) [15] Bennon W D, Incropera F P. Int J Heat Mass Transfer, 1987; 30: 2171 [16] Christenson M S, Bennon W D, Incropera F P. Int J Heat Mass Transfer, 1989; 32: 69v [1] 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. [2] 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. [3] 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. [4] 刘继浩, 周健, 武会宾, 马党参, 徐辉霞, 马志俊. 喷射成形M3高速钢偏析成因及凝固机理[J]. 金属学报, 2023, 59(5): 599-610. [5] 侯娟, 代斌斌, 闵师领, 刘慧, 蒋梦蕾, 杨帆. 尺寸设计对选区激光熔化304L不锈钢显微组织与性能的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(5): 623-635. [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] 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. [8] 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. [9] 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. [10] 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. [11] 梁琛, 王小娟, 王海鹏. 快速凝固Ti-Al-Nb合金B2相形成机制与显微力学性能[J]. 金属学报, 2022, 58(9): 1169-1178. [12] 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. [13] 李闪闪, 陈云, 巩桐兆, 陈星秋, 傅排先, 李殿中. 冷速对高碳铬轴承钢液析碳化物凝固析出机制的影响[J]. 金属学报, 2022, 58(8): 1024-1034. [14] 刘仁慈, 王鹏, 曹如心, 倪明杰, 刘冬, 崔玉友, 杨锐. 700℃热暴露对 β 凝固 γ-TiAl合金表面组织及形貌的影响[J]. 金属学报, 2022, 58(8): 1003-1012. [15] 郭东伟, 郭坤辉, 张福利, 张飞, 曹江海, 侯自兵. 基于二次枝晶间距变化特征的连铸方坯CET位置判断新方法[J]. 金属学报, 2022, 58(6): 827-836. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed