Al-Si二元合金微观偏析的相场法模拟.pdf

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1、第35卷第3期材料热处理学报V01．35No．32014年3月TRANSACTIONSOFMATERIALSANDHEATTREATMENTMarch2014Al-Si二元合金微观偏析的相场法模拟刘明翔，王开，夏丹，蒋涛，朱子宗(重庆大学材料科学与工程学院，重庆400030)摘要：采用耦合溶质场的相场模型模拟了亚共晶AI一2mo1％Si二元合金枝晶生长过程，研究了不同过冷度条件下枝晶的生长形貌以及沿生长方向溶质浓度的分布情况，同时分析了固相溶质扩散系数对微观偏析的影响。结果表明：过冷度对溶质的分布有较大影响，过冷度的

2、增加使凝固界面溶质的富集程度增大；增大固相溶质扩散系数，溶质的微观偏析程度减轻；计算结果与Ivantsov理论值能够较好的吻合。关键词：铝硅合金；相场模型；微观偏析；枝晶生长中图分类号：TG146．21文献标志码：A文章编号：1009—6264(2014)03-0213—05Numericalsimulationofthemicr0segregatiOn0fAl-Sibinaryalloyusingphase-fieldmethodLIUMing-xiang，WANGKai，XIADan，JIANGTao，ZHUZi

3、-zong(DepartmentofMaterialsScienceandEngineering，ChongqingUniversity，Chongqing400030，China)Abstract：ThedendritegrowthprocessofA1-Sibinaryalloywassimulatedusingaphase—fieldmethodwhichcoupledtheconcentrationfield．Thedendriticmorphologyandthesolutedistributionalon

4、ggrowthdirectionwereexaminedatdifferentundercoolingconditions，andtheimpactsofsolidsolutediffusioncoeficientonmicrosegregati0nwerealsoinvestigated．Theresultsshowthatundercoolingconditionhasanobviousimpactonthedistributionofthesolute，largeundercoolingconditioncan

5、leadtoanenrichmentofthesoluteatthefrontierofsolid-liquidinterface．Themicrosegregationcanbealsodecreasedbyincreasingofthesolidsolutediffusioncoeficientofsolidsolute．Thecalculatedresultsbythephase—fieldmethodareingoodagreementwiththeIvantsovtheory．Keywords：A1一Sia

6、lloy；phasefield；microsegregati0n；dendritegrowth铝合金具有强度高、质量轻、耐腐蚀的特点，现已的困难，在较大程度减少工作量的基础上，预测材料广泛的应用于航空航天、汽车制造等多个领域¨，其的显微偏析，进而实现对材料的物理性能和力学性能中，铝硅系列合金占有举足轻重的位置。由于非平衡进行预测，为优化材料工艺和最佳质量控制提供理论凝固的存在，一般合金都会因溶质分布不均而形成偏依据。近年来，相场方法得到快速的发展，成为模析，合金微观偏析会对性能产生不利影响，导致材料拟金属微观组织的主

7、要方法之一。根据自由能密的强度和韧性以及抗腐蚀性的降低。以往对微观度的定义及推导方法的不同，合金凝固组织的相场模偏析的研究多是采用实验和分析的方法，但是这种方型主要有几种：WBM模型、KKS模型⋯，以及法费用高、工作量大，而且，观察和测定枝晶区域内的Steinbach模型¨及Losert模型¨。国内外先后有溶质是件非常困难的事情。许多的学者运用相场法研究了A1-Cu、Fe．C、Ni-Cu等随着计算机技术和计算材料科学的迅猛发展，对二元合金的凝固微观组织”，取得了良好的效果。材料的显微偏析模拟能有效的克服实验研究方法中

8、本文基于Kim等提出的KKS相场模型模拟A1．2mo1％Si二元合金枝晶生长过程，对合金凝固过程中枝晶形貌和凝固前沿的溶质分布，以及过冷度对收稿日期：2013-04—11；修订日期：2013-07．11基金项目：国家自然科学基金(51174244)；中央高校基金微观偏析的影响进行分析研究。(CDJZR11130005)作者简介：刘明翔(1987