金属学报  2004, Vol. 40 Issue (4): 439-444

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单相合金凝固过程微观组织的三维数值模拟

梁作俭 许庆彦 李嘉荣 袁海龙 刘世忠 柳百成

清华大学机械工程系; 北京 100084

THREE DIMENSIONAL NUMERICAL SIMULATION OF SOLIDIFICATION MICROSTRUCTURE OF SINGLE PHASE ALLOY

LIANG Zuojian; XU Qingyan; LI Jiarong; YUAN Hailong; LIU Shizhong; LIU Baicheng

Department of Mechanical Engineering; Tsinghua University; Beijing 100084

梁作俭; 许庆彦; 李嘉荣; 袁海龙; 刘世忠; 柳百成 . 单相合金凝固过程微观组织的三维数值模拟[J]. 金属学报, 2004, 40(4): 439-444 .
, , , , , . THREE DIMENSIONAL NUMERICAL SIMULATION OF SOLIDIFICATION MICROSTRUCTURE OF SINGLE PHASE ALLOY[J]. Acta Metall Sin, 2004, 40(4): 439-444 .

摘要 参考文献 相关文章 Metrics 全文: PDF(308 KB)   摘要: 基于晶粒形核和生长物理过程及热质基本传输过程, 建立了单相合金凝固过程微观组织和微观偏析形成及枝晶形貌演化的三维数学模型, 模型中考虑了成分过冷、曲率过冷和各向异性等重要因素. 数值模拟结果表明, 所建数学模型能够合理反映质点形核、晶粒生长和柱状---等轴晶转变物 理过程, 温度场、溶质场和微观组织形貌的模拟计算结果合理. 自由枝晶生长过程的模拟结果表明, 各向异性强度对枝晶生长和最终组织形貌具有重要影响: 强各向异性趋于得到分支发达的树型结构, 内部组织为取向平行排列规则的二次枝晶臂簇; 而弱各向异性趋于得到表面凹凸不平的近似正八面体结构. 模拟结果还证实枝晶内部存在小的孤立熔池, 这有助于揭 示微观组织中出现点偏析和微观缩松的根本原因. 关键词 ： 微观组织,  数值模拟,  单相合金     Abstract：Based on the physical process of nucleation and growth of grains and basic transfer equations such as heat and solute transfer equations, a mathematical model for the three--dimensional simulation of microstructure, microsegregation and free dendritic growth of single phase alloys was developed. Many factors such as constitutional undercooling, curvature undercooling and anisotropy, which have vital influence on the evolution of microstructure, were considered in the model. Simulated results show that the nucleation, growth, CET and microstructure evolution of free dendritic crystal could be predicted reasonably and the calculated results are coincident with actual phenomena. Simulations of free dendritic growth indicate that the curvature undercooling has a significant effect on the dendritic growth and final microstructure pattern. The dendritic grain profiles, in which a great number of regular and parallel secondary dendritic arms exist, tend to be formed at high intensity of anisotropy. At the low intensity of anisotropy, however, near octahedral grain profiles with small protuberances of surface tend to be obtained. The existence of small molten pools in interdendritic areas during solidification was confirmed by the simulated results, which is helpful to understand the formation of microstructure related defects such as microsegregation and microporosity. Key words： microstructure    numerical simulation    single phase alloy 收稿日期: 2003-04-16      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 梁作俭 许庆彦 李嘉荣 袁海龙 刘世忠 柳百成 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y2004/V40/I4/439 [1] Flemings M C, Cahn R W. Acta Mater, 2000; 48: 371 [2] Liu B C. J Mater Sci Technol, 1995; 11: 313 [3] Xu Q Y, Feng W M, Liu B C, Xiong S M. Ada Metall Sin, 2002; 38: 799(许庆彦,冯伟明,柳百成,熊守美.金属学报,2002;38:799) [4] Xu Q Y, Liu B C. Mater Trans, 2001; 42: 2316 [5] Boettinger W J, Coriell S R, Greer A L, Karma A, KurzW, Rappaz M, Trivedi R. Acta Mater, 2000; 48: 43-70 [6] Feng W M, Xu Q Y, Liu B C. ISIJ Int, 2002; 42: 702 [7] Liang Z J, Xu Q Y, Li J T, Li S Q, Zhang J, Liu B C.Rare Met Mater Eng, 2002; 31: 353(梁作俭,许庆彦,李俊涛,李世琼,张 继,柳百成.稀有金属材料与工程,2002;31:353) [8] Oldfield W. ASM Trans, 1966; 59: 945 [9] Gandin C A, Charbon C, Rappaz M. ISIJ Int, 1995; 35:651 [10] Charbon C, Rappaz M. Acta Mater, 1996; 44: 2663 [11] Du Q, Li D Z, Li Y Y, Li R, Zhang P W. Comput MaterSci, 2001; 22: 200 [12] He Y L, Yang Y S, Yu L, Hu Z Q. Acta Metall Sin, 2000; 36: 874(贺幼良,杨院生,于力,胡壮麒.金属学报,2000;36:874) [13] Zheng X S, Wang Y C, Li Z X, Jin J Z. Sci Technol Adv Mater, 2001; 2: 109 [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] 陈礼清, 李兴, 赵阳, 王帅, 冯阳. 结构功能一体化高锰减振钢研究发展概况[J]. 金属学报, 2023, 59(8): 1015-1026. [3] 刘兴军, 魏振帮, 卢勇, 韩佳甲, 施荣沛, 王翠萍. 新型钴基与Nb-Si基高温合金扩散动力学研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(8): 969-985. [4] 冯艾寒, 陈强, 王剑, 王皞, 曲寿江, 陈道伦. 低密度Ti2AlNb基合金热轧板微观组织的热稳定性[J]. 金属学报, 2023, 59(6): 777-786. [5] 王长胜, 付华栋, 张洪涛, 谢建新. 冷轧变形对高性能Cu-Ni-Si合金组织性能与析出行为的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(5): 585-598. [6] 李民, 王继杰, 李昊泽, 邢炜伟, 刘德壮, 李奥迪, 马颖澈. Y对无取向6.5%Si钢凝固组织、中温压缩变形和软化机制的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(3): 399-412. [7] 王虎, 赵琳, 彭云, 蔡啸涛, 田志凌. 激光熔化沉积TiB2 增强TiAl基合金涂层的组织及力学性能[J]. 金属学报, 2023, 59(2): 226-236. [8] 唐伟能, 莫宁, 侯娟. 增材制造镁合金技术现状与研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(2): 205-225. [9] 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. [10] 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. [11] 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. [12] 李会朝, 王彩妹, 张华, 张建军, 何鹏, 邵明皓, 朱晓腾, 傅一钦. 搅拌摩擦增材制造技术研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(1): 106-124. [13] 卢海飞, 吕继铭, 罗开玉, 鲁金忠. 激光热力交互增材制造Ti6Al4V合金的组织及力学性能[J]. 金属学报, 2023, 59(1): 125-135. [14] 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. [15] 高栋, 周宇, 于泽, 桑宝光. 液氮温度下纯Ti动态塑性变形中的孪晶变体选择[J]. 金属学报, 2022, 58(9): 1141-1149. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed