基于相场法模拟对流作用下Ni- Cu合金枝晶形貌

彭霞林 肖 红 李伟红 易 兵 秦 伟 何 浩

(1.湖南华菱涟源钢铁集团有限公司，湖南 娄底 417000； 2.湖南中科电气股份有限公司，湖南 岳阳 414000)

液态合金的凝固过程决定了合金的最终微观组织形貌，对铸件性能起着至关重要的作用。铸造过程中对流行为对合金枝晶形貌及溶质分布的影响显著，且枝晶间的流体流动还直接影响溶质偏析、凝固疏松和孔洞等凝固缺陷的分布[1- 2]。相场法(phase field method, PFM)是基于热力学理论来描述系统动力学的演化过程，通过引入序参数来确定界面的固、液状态，从而避免跟踪界面这样复杂的计算任务，并具有将界面曲率、各向异性和动力学效应等隐性地包含在相场方程中等优点。因此，基于相场模拟方法探究不同对流条件下枝晶形貌的演变过程，对控制铸件的微观组织和力学性能具有重要意义。

Kobayashi等[3]提出了一种简单的单组分熔体生长相场模型，表明噪声对树枝状晶体的侧分支结构影响显著。Wheeler等[4]建立了描述理想二元合金等温凝固的相场模型，表明控制方程随时间变化并与界面性质有关。Kim等[5]通过扩展界面场方法提出了一种共晶相场模型，并进行了CBr4- C2Cl6有机合金的定向凝固试验，模拟结果与试验结果大致吻合。Beckermann等[6]和Anderson等[7]利用相场法模拟了自然对流对枝晶生长的影响，发现金属液流动可以加快晶粒粗化。Tong等[8]开发了一种多时间步长算法优化强制对流枝晶生长的相场模型，表明强制对流会增加侧枝生长的幅度和频率、影响枝晶上部和下部的生长方向。……