不同形状横向限制对枝晶间距影响作用的相场法模拟

材料的微观组织结构对材料的性能具有决定性的作用,而凝固过程中横向限制的存在则会直接影响晶体微观结构的演化过程。利用非等温的相场模型,以纯金属Ni为研究对象,模拟了其在横向挡板限制下的微观组织演化过程,研究不同形状横向挡板对不同初始枝晶间距枝晶演化过程的影响,讨论挡板形状对枝晶间距的调整作用。结果表明:横向限制的存在会明显改变晶体的生长和发育过程,且不同形状横向挡板的限制均会对枝晶间距产生显著的影响:上三角形挡板对枝晶间距的改变最明显;下三角形及矩形的横向限制对枝晶间距具有一定的控制作用,即对于不同初始间距枝晶绕过这两类挡板后具有基本相同的重新发育模式,枝晶间距只与挡板尺寸有关,与初始枝晶间距关系不大;不同尺寸梯形挡板对于枝晶间距具有完全不同的调整作用,通过调整梯形挡板尺寸比例可以有效实现改变枝晶间距的作用。因此,在凝固过程中引入不同性质的横向限制可以有效地实现枝晶间距调整。