基于KKS模型,采用相场和溶质场耦合的方法,对铝-铜二元合金的定向凝固过程进行了模拟。为了简化计算,采用了温度冻结近似;研究了各向异性、界面厚度、界面能等参数对界面形态和微观偏析的影响。结果表明:在各向同性的情况下,晶体生长为浅胞状枝晶生长;当引入各向异性后,随着各向异性系数的增大,晶体生长由浅胞状枝晶向深胞状枝晶转变;随着界面能和界面厚度的增加,胞晶间的凹坑变浅,晶体生长由深胞状枝晶向浅胞状枝晶转变。
利用定向凝固方法研究了在1580和1650℃加热温度下Ti-47Al-2Cr-2Nb合金不同片层取向的晶粒竞争生长规律.显微组织分析表明,合金初生相为β相,随后发生包晶反应形成α相,并在β→α转变时α相依附已有β相形核,12种α变体中仅形成了一种特定取向的α变体,两相区平均温度梯度由40K/cm增大至160K/cm,从而使凝固界面形态由柱状树枝晶转变为胞状树枝晶.在排除切割面影响的前提下,对γ片层取向的演变过程进行了分析.结果表明,在1mm/min的抽拉速度下,温度梯度为40K/cm(加热温度为1580℃)时,与生长方向呈74°左右的柱状晶逐渐淘汰其他与生长方向约呈45°的晶粒;提高温度梯度至160K/cm(加热温度为1650℃)时,与生长方向呈74°左右的柱状晶逐步淘汰其他与生长方向约呈90°的晶粒而生长占优.晶体取向计算表明,在本实验条件下β枝晶倾向于沿〈110〉_β方向择优生长,提高温度梯度使β枝晶沿〈110〉_β方向择优生长趋势增强,〈001〉_β等其他取向枝晶被更快淘汰.
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