强制流动对Mg–9%Al合金定向凝固组织演化的模拟研究

摘要

基于欧拉多相流技术与元胞自动机方法构建了镁合金凝固组织预测模型，研究了无流动、x方向流动和y方向流动三种条件下Mg–9%Al合金定向凝固过程中的成分和组织演化过程.研究结果表明，无流动作用时镁合金枝晶呈现互为60°夹角生长，并在凝固后期出现与一次枝晶呈60°夹角二次枝晶形貌，凝固组织具有密排六方（HCP）晶体结构特征，验证了该模型的可靠性.由于x方向的流动作用下，与无流动结果相比较，迎流方向枝晶生长较快并出现发达的二次枝晶形貌，研究表明由于枝晶前端排出的溶质受流动影响被运输到枝晶后端区域，从而使前端区域具有更大的过冷度，提升了凝固驱动力.由于y方向流动的存在，枝晶呈现不对称生长，其中部分枝晶生长方向偏转约3°，研究表明迎流枝晶前沿的溶质被运输并富集在其他枝晶生长区域，最终使其发生了生长偏转；进一步分析枝晶生长前沿的流场和成分分布信息发现，枝晶生长过程中流动引起的u_l?_cl值在固液界面处的不对称分布是导致枝晶生长发生偏转的主要原因.

关键词

镁合金 / 组织模拟 / 欧拉多相流 / 元胞自动机 / 定向凝固

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51804274)