Al-7Si-Mg合金凝固过程形核模型建立及枝晶生长过程数值模拟

金属学报, 2015, 51(6): 733-744. doi: 10.11900/0412.1961.2014.00560

Al-7Si-Mg合金凝固过程形核模型建立及枝晶生长过程数值模拟

陈瑞 ^1, , 许庆彦 ^2, , 吴勤芳 ^3, , 郭会廷 ^4, , 柳百成 ^5,

1.清华大学材料学院先进成形制造教育部重点实验室,北京,100084

2.清华大学材料学院先进成形制造教育部重点实验室,北京,100084

3.明志科技有限公司,苏州,215006

4.明志科技有限公司,苏州,215006

5.清华大学材料学院先进成形制造教育部重点实验室,北京,100084

基金项目: 国家重点基础研究发展计划项目2011CB706801,国家自然科学基金项目51374137和51171089,及国家科技重大专项项目2012ZX04012-011和2011ZX04014-052资助 Supported by National Basic Research Program of China (No.2011CB706801),National Natural Science Foundation of China (Nos.51374137 and 51171089) and National Science and Technology Major Projects (Nos.2012ZX04012-011 and 2011ZX04014-052)

关键词：三元铝合金 , 形核模型 , 元胞自动机 , 枝晶生长 , 二次枝晶臂间距

NUCLEATION MODEL AND DENDRITE GROWTH SIMULATION IN SOLIDIFICATON PROCESS OF Al-7Si-Mg ALLOY

Keywords： ternary aluminum alloy , nucleation model , cellular automaton , dendrite growth , secondary dendrite arm spacing

针对铝合金砂型铸造较低冷速特点,通过实测和分析不同凝固条件下的冷却曲线,建立了适用于铝合金形核密度随最大形核过冷度呈指数性变化的形核函数.通过与Pandat软件热力学、动力学、平衡相图数据库相耦合,并利用空间坐标变化等算法,建立了适用于三元铝合金二维、三维枝晶生长的CA模型.在该模型中,同时考虑了溶质扩散、成分过冷、曲率过冷、晶体择优取向以及不同组元之间相互作用等重要因素的影响.利用建立的形核和生长模型,模拟了Al-7Si-0.36Mg合金在不同凝固条件下的二维枝晶演化及形貌特征,描述了溶质组元的分布特征以及定量地预测了二次枝晶臂间距的变化,并与实验结果进行了对比.三维枝晶的模拟结果有效反映了枝晶空间结构复杂性和多样性,并与实验结果吻合良好.

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