基于KKS模型Al-Cu合金等温凝固过程相场法模拟

摘要

随着航空业及汽车工业的发展，对铝合金铸件的需求量不断增大，同时对其致密性、微观组织和机械性能的要求也越来越高。用相场方法进行铝合金微观组织形成的模拟，对优化工艺参数、提高铸件质量，具有很重要的实际应用价值。本课题采用Al-2-mole-Cu合金为例去研究金属的凝固过程。 本文中，基于KKS模型，采用相场和溶质场两场耦合的方法对Al-2-mole-Cu合金凝固过程中枝晶生长进行了数值模拟。该模型从自由能入手，考虑了动力学各向异性和表面能各向异性的影响，为了模拟枝晶分枝的产生，在相场方程中加入了热扰动项。本文采用VisualC++6.0实现程序的计算，为了提高计算效率和节省计算时间，应用直接差分去求解两场方程，实现宏、微观场之间的耦合，然后以.TXT方式输出计算结果，最后利用Tecplot9.0实现结果的可视化。 在模拟过程中，本文从单个晶粒的枝晶生长逐渐扩展到多晶粒相互影响下的枝晶生长，主要研究了各向异性系数、初始晶核浓度梯度与各向异性系数耦合、各向异性系数与过冷度耦合对单晶粒枝晶生长及溶质场分布的影响；溶质偏析对两晶粒枝晶生长与溶质分布的影响；过冷度对多晶粒枝晶生长与溶质分布的影响。模拟逼真的再现了二元合金枝晶的生长和择优等现象。最后，为了验证所建立的二维相场模型以及宏微观耦合方法，对Al-2-mole-Cu合金模拟结果与实验的金相照片进行对比发现，其预测枝晶形貌和实验结果吻合良好。

目录

文摘

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第1章绪论

第2章凝固理论基础

第3章相场模型及数值求解

第4章程序实现及可视化

第5章Al-2-mole-Cu合金等温模拟及结果分析

结论

参考文献

致谢

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