Cu-Cr二元合金宏观偏析与温度场的数值模拟

材料科学与工艺, 2016, 24(6): 73-78. doi: 10.11951/j.issn.1005-0299.20160613

Cu-Cr二元合金宏观偏析与温度场的数值模拟

刘秋晓 ^1, , 王发展 ^2, , 张院 ^3, , 陈海鹏 ^4,

1.西安建筑科技大学材料与矿资学院,西安,710055

2.西安建筑科技大学材料与矿资学院,西安710055;西安建筑科技大学机电与工程学院,西安710055

3.西安建筑科技大学机电与工程学院,西安,710055

4.西安建筑科技大学机电与工程学院,西安,710055

基金项目: 陕西省自然科学基金基础研究计划重点项目十二五国家科技支撑计划项目(2011BAE31B02)

关键词：凝固偏析 , 浓度梯度 , 分布面积梯度 , 温度场 , 传热效率

Numerical simulation of macrosegregation and temperature field of Cu-Cr two binary alloy

Keywords： segregation , concentration gradient , distribution area gradient , temperature field , transfer efficiency

Cu-Cr材料是两相复合材料,铬粒子通常以嵌入在铜基体中的形式存在,凝固过程中存在着严重的偏析现象,进而对凝固温度场的分布产生影响.为分析Cr相偏析对温度场分布的影响,基于Eulerian-Eulerian方法,建立了三维凝固偏析模型,利用Fluent模拟计算,偏析模型采用浓度梯度▽SCr和分布面积梯度▽SCr来表示,得到了Cu-6.5%Cr的凝固偏析分布和温度场分布.结果表明:由于Cr的熔点比较高,当tta时,顶部的Cr会大量聚集,形成顶部偏析,两侧Cr相"困"于糊状区,形成壁面偏析;随着凝固界面横向推移,壁面偏析对壁面温度场的分布产生影响,Cu的传热系数是Cr的3.85倍,随着Cr相偏析度的增加,降低了基体壁面的传热效率,导致温度梯度变大.研究工作将模拟结果与实验结果进行了对比,证明了模型的准确性.

There is a serious segregation phenomenon during solidification process because Cu-Cr material is a two-phase composite material and Cr usually emended in the copper. So the solidification temperature field distribution was effected seriously by segregation phenomenon. In order to analyze the effect of Cr phase segregation on the distribution of temperature field, a 3D segregation solidification model which adopted concentration gradient and distribution area gradient▽SCr was built based on Eulerian-Eulerian and calculated by Fluent. The Cu-6.5%Cr segregation and the temperature field distribution were gained. The result shows that Cr frozen laterally at t

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