铝基四元合金枝晶组织及微观偏析的数值模拟

金属学报, 2008, 44(10): 1175-1182. doi: 10.3321/j.issn:0412-1961.2008.10.006

铝基四元合金枝晶组织及微观偏析的数值模拟

戴挺 ^1, , 朱鸣芳 ^2, , 陈双林 ^3, , 曹伟生 ^4, , 洪俊杓 ^5,

基金项目: 国家自然科学基金(50671025) 教育部高等学校博士学科点专项科研基金(20070286021) 江苏省自然科学基金(BK2006105)

关键词：数值模拟 , 元胞自动机 , PanEngine , 枝晶生长 , 微观偏析 , 铝基四元合金

MODELING OF DENDRITIC STRUCTURE AND MICROSEGREGATION IN AI-RICH QUATERNARY ALLOYS

建立了基于元胞自动机(CA)和热力学相平衡计算引擎(PanEngine)的二维耦合模型,并应用于铝基四元合金枝晶组织和微观偏析的数值模拟.在该耦合模型中,采用CA方法模拟枝晶组织的演变.以固/液界面的平衡液相线温度和实际温度的差值作为枝晶生长的驱动力,同时考虑了固/液界面曲率的Gibbs-Thomson效应.通过求解溶质传输方程获得固/液界面处三种溶质的液相成分,耦合PanEngine获得固/液界面处的平衡液相线温度及三种溶质的平衡固相成分,为提高计算效率,采用预制数据表格的优化策略将CA与PanEngine进行耦合.将Al-4.5Cu-0.5Mg-1Si(质量分数,%)四元合金凝固时的固相分数随温度的变化以及固相分数和固相成分分布关系的模拟结果与Scheil模型和平衡凝固模型的预测结果进行了对比,结果表明,该模型不仅可应用于模拟多元合金中的枝晶生长形貌,而且能对铝基四元合金系凝固的微观偏析进行定量预测.

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