枝晶生長(zhǎng)微觀模型及應(yīng)用

第1章枝晶生長(zhǎng)理論基礎(chǔ) 001
1．1金屬凝固的熱力學(xué)基礎(chǔ) 001
1．1．1單元材料的相平衡 001
1．1．2二元合金的相平衡 002
1．1．3相圖計(jì)算 006
1．1．4溶質(zhì)再分配 007
1．1．5溶質(zhì)捕獲 007
1．2形核 008
1．2．1均質(zhì)形核 009
1．2．2異質(zhì)形核 011
1．3晶體微觀生長(zhǎng)機(jī)制 015
1．4合金的固液界面穩(wěn)定性 017
1．4．1成分過冷 018
1．4．2MS理論 019
1．5樹枝晶生長(zhǎng)理論 021
1．5．1過冷熔體中枝晶生長(zhǎng) 021
1．5．2定向凝固樹枝晶生長(zhǎng) 026
1．6液相對(duì)流對(duì)枝晶生長(zhǎng)的影響 027
1．7界面能各向異性對(duì)枝晶生長(zhǎng)的影響 028
參考文獻(xiàn) 029
第2章微觀組織模擬方法 032
2．1傳熱傳質(zhì)模型 032
2．1．1控制方程 032
2．1．2有限差分法 033
2．1．3有限元法 034
2．1．4有限體積法 037
2．1．5格子-Boltzmann法 039
2．2凝固過程微觀組織模擬方法 041
2．2．1確定性方法 041
2．2．2概率方法 043
2．2．3相場(chǎng)方法 047
參考文獻(xiàn) 048
第3章凝固過程枝晶生長(zhǎng)的相場(chǎng)法模擬 050
3．1概論 050
3．1．1相場(chǎng)法 050
3．1．2相場(chǎng)模型 052
3．1．3凝固特征值的計(jì)算 057
3．1．4相場(chǎng)法模擬凝固微觀組織 058
3．2純物質(zhì)過冷熔體枝晶生長(zhǎng)的相場(chǎng)法模擬 062
3．2．1純物質(zhì)枝晶生長(zhǎng)的相場(chǎng)模型 062
3．2．2相場(chǎng)控制方程的離散 069
3．2．3純物質(zhì)Ni過冷熔體枝晶生長(zhǎng)的模擬 072
3．2．4小結(jié) 074
3．3Al-Si合金等溫凝固枝晶生長(zhǎng)的相場(chǎng)法模擬 075
3．3．1二元合金等溫凝固過程的相場(chǎng)模型 075
3．3．2相場(chǎng)控制方程的離散 077
3．3．3初始條件和邊界條件 078
3．3．4Al-2mol%Si合金等溫凝固單個(gè)枝晶生長(zhǎng)的模擬 078
3．3．5Al-2mol%Si合金等溫凝固多個(gè)枝晶生長(zhǎng)的模擬 084
3．3．6Al-2mol%Si合金等溫凝固枝晶粗化 087
3．3．7小結(jié) 089
3．4Fe-C-Mn三元合金等溫凝固枝晶生長(zhǎng)的相場(chǎng)法模擬 089
3．4．1Fe-C-Mn三元合金相場(chǎng)模型 089
3．4．2Fe-1．0mol%C-0．1mol%Mn合金等溫凝固枝晶生長(zhǎng)模擬 090
3．4．3小結(jié) 092
3．5Ti-45at%Al合金等溫凝固枝晶生長(zhǎng)的相場(chǎng)法模擬 092
3．5．1Ti-45at%Al合金相場(chǎng)模型的建立 092
3．5．2Ti-45at%Al合金等溫凝固枝晶生長(zhǎng)的模擬 094
3．5．3相場(chǎng)參數(shù)對(duì)枝晶形貌的影響 096
3．5．4小結(jié) 101
3．6相場(chǎng)模擬的前景與挑戰(zhàn) 102
3．6．1枝晶生長(zhǎng)方向的轉(zhuǎn)變 103
3．6．2微重力凝固實(shí)驗(yàn) 103
參考文獻(xiàn) 105
第4章元胞自動(dòng)機(jī)法模擬枝晶生長(zhǎng) 108
4．1元胞自動(dòng)機(jī)模型的發(fā)展 108
4．2二維元胞自動(dòng)機(jī)模型模擬枝晶生長(zhǎng) 111
4．2．1模型建立 111
4．2．2模型驗(yàn)證 112
4．2．3丁二腈-2．5wt%乙醇合金凝固組織模擬 113
4．3三維元胞自動(dòng)機(jī)模型 117
4．3．1熱和溶質(zhì)擴(kuò)散方程 117
4．3．2形核率計(jì)算 118
4．3．3固液界面生長(zhǎng)速度和固相分?jǐn)?shù)的計(jì)算 120
4．3．4固液界面平衡溶質(zhì)濃度計(jì)算 120
4．4Al-Cu合金過冷熔體中的枝晶生長(zhǎng) 121
4．5Al-Cu-Mg合金枝晶生長(zhǎng)模擬 125
4．6Al-Cu-Mg合金定向凝固枝晶生長(zhǎng)模擬 129
4．6．1Al-Cu-Mg合金定向凝固二次枝晶間距 129
4．6．2一次枝晶間距選擇過程 129
4．6．3凝固速度對(duì)枝晶間距的影響 132
4．6．4Mg含量對(duì)枝晶間距的影響 133
4．7Al-Cu-Mg合金等軸晶生長(zhǎng)模擬 133
4．7．1異質(zhì)形核及枝晶生長(zhǎng)過程 133
4．7．2冷卻速率對(duì)凝固組織的影響 134
4．7．3形核接觸角對(duì)凝固組織的影響 135
4．7．4形核質(zhì)點(diǎn)密度對(duì)凝固組織的影響 136
4．8流動(dòng)作用下Al-Cu合金的枝晶生長(zhǎng) 137
4．8．1流動(dòng)對(duì)等軸晶生長(zhǎng)的影響 137
4．8．2來流對(duì)過冷熔體中枝晶生長(zhǎng)的影響 137
4．8．3流動(dòng)對(duì)柱狀晶生長(zhǎng)模擬 141
4．9格子-Boltzmann方法模擬流動(dòng)作用下枝晶生長(zhǎng) 142
4．10重力作用下Al-Cu合金枝晶沉降 144
4．10．1虛擬區(qū)域-拉格朗日方法 144
4．10．2Al-Cu合金過冷熔體中等軸晶生長(zhǎng) 145
參考文獻(xiàn) 146