Cu－Cr二元合金宏观偏析与温度场的数值模拟

刘秋晓，王发展，，张 院，陈海鹏

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

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1，2，张 院2，陈海鹏2

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

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t＜ta时，Cr先发生侧向凝固，形成糊状区；同时，Cr相的密度比Cu小，内部Cr相会发生上浮，向合金顶部移动；当t＞ta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.

凝固偏析；浓度梯度；分布面积梯度；温度场；传热效率

Cu－Cr合金是以纯Cu为基体，加入Cr元素所构成的一种触头材料，是一种具有良好的导电、导热性能的合金，主要用于制作真空触头、接触导线、电阻焊电极等零部件［1－4］.当Cr相弥散到基体中时，合……