元胞自动机方法模拟枝晶演变过程的分析与研究

利用传统的元胞自动机方法摸拟了基于溶质扩散控制界面生长机制的枝晶演变和显微偏析。模拟结果显示这种方法可以显示出枝晶形貌和显微偏析，同时可以再现凝固过程中的再辉现象。在模拟的过程中发现模拟的枝晶尖端半径与理论计算的枝晶尖端半径符合较好，但模拟结果也显示出一些波动，通过分析发现导致波动的原因是元胞自动机方法的规则将连续的枝晶生长模型割裂成离散跳跃的生长方式，因此不可避免地产生模拟结果波动。     

有外加相存在时Al-Si合金枝晶微观组织的数值模拟

对有外加SiC颗粒(SiCp)的Al-7.0%Si(质量分数)合金熔体凝固过程中球状颗粒与枝晶间相互作用,以及包含颗粒分布的微观组织形成过程进行了模拟研究.在热、溶质守恒的基础上考虑了溶质再分布、界面曲率以及各向异性的影响,并分别对颗粒、固相、液相以及固/液界面进行处理.建立了单个及多个颗粒与枝晶相互作用的数值模型,预测了单个颗粒与凝固界面之间的吞并/推移现象,并研究了颗粒附近枝晶生长的溶质浓度场、速度场以及界面形状,再现了多颗粒与多枝晶相互作用直至最终偏聚到枝晶间的过程.模拟结果表明:颗粒被推移时颗粒与界面的相互作用是一个非稳态的过程,但是在凝固速率较低的条件下可以按照稳态推移的模式进行处理.模拟得到的颗粒分布及微观组织与实验结果吻合较好.     

元胞自动机方法在枝晶生长模拟中的应用

尽管大量关于枝晶生长模拟的研究都使用了相场方法,但近年来元胞自动机(CA)方法在枝晶生长模拟方面也取得了很大进展.介绍了CA方法模拟枝晶生长的原理和模型,评述了CA方法在枝晶模拟方面的发展历程,指出了存在的问题的和进一步研究的方向.     

Al-Si二元合金微观偏析的相场法模拟

采用耦合溶质场的相场模型模拟了亚共晶Al-2mol%Si二元合金枝晶生长过程,研究了不同过冷度条件下枝晶的生长形貌以及沿生长方向溶质浓度的分布情况,同时分析了固相溶质扩散系数对微观偏析的影响。结果表明:过冷度对溶质的分布有较大影响,过冷度的增加使凝固界面溶质的富集程度增大;增大固相溶质扩散系数,溶质的微观偏析程度减轻;计算结果与Ivantsov理论值能够较好的吻合。     

基于元胞自动机法的等轴枝晶生长数值模拟

基于溶质扩散和界面能的作用,考虑成分过冷、曲率过冷、界面能各向异性和界面扰动等因素,建立了单个等轴枝晶的生长模型.采用元胞自动机(cellular automata)方法模拟了枝晶生长、界面扰动和分枝的竞争演化.对液相中的溶质传输进行了计算.通过模拟发现,凝同过程中溶质容易富集在枝晶臂之间,同时,随着凝固时间的延长,界面前沿的溶质浓度梯度逐渐下降.     

用Cellular Automaton模型方法模拟二元合金枝晶生长

研究并针对Cellular Automaton凝固组织模拟方法模型的物理本质、数值计算方法以及在凝固微观组织模拟中的应用进行了探索.并利用CellularAutomaton凝固组织模拟方法,求解了Al-4.5%Cu等轴晶枝晶生长.     

用CA方法模拟过冷熔体中自由树枝晶的生长

基于溶质扩散和界面能的作用，建立了过冷熔体中自由树枝晶的生长模型，考虑了成分过冷、曲率过冷和界面能各向异性，用胞元自动机（CA）方法模拟了枝晶生长、界面扰动以及分枝的竞争演化，对枝晶尖端生长速度和过冷度的关系进行了模拟计算，并与L-G-K理论模型进行了定量的比较。     

枝晶生长的三维元胞自动机模拟

通过将元胞自动机和有限差分方法相耦合,建立了立方体系金属和合金枝晶生长的三维模型.应用该模型,模拟了Al-Cu合金过冷熔体中自由枝晶的生长和定向凝固条件下Al-Cu合金凝固组织演变过程.模拟结果清楚展现了过冷熔体中自由枝晶的生长过程和定向凝固过程中枝晶的形成与淹没,与理论预测和实验结果相吻合,表明所发展的模型能够较准确...     

Ni基耐热合金凝固过程的元胞自动机方法模拟

以温度扩散方程、多组元的溶质扩散方程以及枝晶尖端生长的LGK模型为基础,建立了Ni基耐热合金凝固过程的元胞自动化模型。利用这个模型模拟了凝固过程中不同冷却速率上晶粒微观结构的演化。对模基表面与铸件内部的均匀形核、晶粒生长、扩散过程以及固／液晶面的曲率等对凝固过程中晶粒微观结构演化的影响分别进行了讨论。     

不同择优生长取向角枝晶生长的数值模拟

通过耦合溶质扩散方程,并考虑成分过冷和曲率过冷对界面平衡溶质成分的影响,建立改进的元胞自动机模型来模拟溶质扩散控制的立方晶系合金的枝晶生长过程。模型在计算固液界面生长速率时考虑立方晶系枝晶择优生长取向100的影响,同时采用斜中心差分格式对界面生长速率方程进行离散,从而能够模拟择优生长取向与坐标轴成不同夹角的枝晶生长形貌演变。为验证模型的可靠性,模拟NH4Cl-H2O系透明合金单个等轴枝晶以及不同择优生长取向角的多个等轴枝晶和柱状枝晶的形貌演化,模拟结果与实验结果吻合较好。     

MODELING OF DENDRITIC STRUCTURE AND MICROSEGREGATION IN SOLIDIFICATION OF AL-RICH QUATERNARY ALLOYS

建立了基于元胞自动机(CA)和热力学相平衡计算引擎(PanEngine)的二维耦合模型, 并应用于铝 基四元合金枝晶组织和微观偏析的数值模拟. 在该耦合模型中, 采用CA方法模拟枝晶组织的演变. 以固/液界面的平衡液相线温度和实际温度的差值作为枝晶生长的驱动力, 同时考虑了固/液界面曲率的Gibbs-Thomson效应. 通过求解溶质传输方程获得固/液界面处三种溶质的液相成分, 耦合PanEngine获得固/液界面处的平衡液相线温度及三种溶质的平衡固相成分. 为提高计算效率, 采用预制数据表格的优化策略将CA与PanEngine进行耦合. 将Al-4.5Cu-0.5Mg-1Si(质量分数, %)四元合金凝固时的固相分数随温度的变化以及固相分数和固相成分分布关系的模拟结果与Scheil模型和平衡凝固模型的预测结果进行了对比, 结果表明, 该模型不仅可应用于模拟多元合金中的枝晶生长形貌, 而且能对铝基四元合金系凝固的微观偏 析进行定量预测.     

Study of Microsegregation In Al--Cu—Zn Ternary Alloys by Experiment and Scheil Model

应用相图计算耦合Scheil模型、简单Scheil方程和实验比较研究了Al-Cu-Zn合金单相凝固过程的凝固路径和微观偏析，相图计算耦合Scheil模型的计算结果显示，Al-Cu-Zn合金单相凝固结束点的溶质含量与凝固初始点的成分同步变化，溶质含量和溶质分凝系数随凝固过程的进行不断增加；在热力学计算出合金分凝系数的基础上，简单Scheil方程可以计算初生相含量，从不同溶质得到的计算结果是自洽的，并与相图计算耦合Scheil模型的预测值一致；实验测定了不同成分铝合金的共晶含量和枝晶间距，实验数据与模型结果基本一致。     

凝固速率对定向凝固合金DZ22枝晶臂间距和枝晶偏析的影响

采用新研制的超高梯度定向凝固装置，研究了不同凝固速率下定向凝固高温合金ＤＺ２２枝晶臂间距和枝晶偏析。结果表明，冷运速率增大，枝晶臂间距显著细化，枝晶偏析被强烈抑制。当冷运速率为５２．４Ｋ．ｓ＾－１时，一次、二次枝晶臂间距λ１和λ２分别为２８．８和８．４μｍ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｗ等元素的偏析比均趋近于１。     

铝合金时效-屈服强度的实验与模型化研究

以析出热力学、长大动力学及位错理论为基础，研究了铝合金在时效过程中盘／片状、棒／针状析出相尺寸、体积分数对时效合金强化效果的影响，从微观-宏观相结合的角度建立了具有盘／片状、棒／针状细小时效强化相铝合金的时效工艺-屈服强度量化模型，并通过513K温度下时效Al-Cu-Mg合金和463K温度下时效Al-Mg-Si合金的实验结果对模型进行了验证，取得了较满意的吻合结果，并对本模型的模拟精度与时效析出相参数之间的关系进行了讨论。     

用NRTL方程预测三元,四元液态合金体系的热力学数据

ＮＲＴＬ方程是在化工热力学中广泛应用的方程之一,０「经的显著优点可以仅用二元数据预测三元系热力学性质。但该方程对于冶金过程中的液态合金及其它熔体的应用还极少见到。本文用ＮＲＴＬ方程差联以Ｃｄ－Ｂｉ－Ｓｎ,Ｃｄ－Ｂｉ－Ｐｂ,Ｃｄ－Ｓｎ－Ｐｂ液态合金体系所涉及的二元系活度系数数据,并对三元系活度数据和Ｃｄ－Ｂｉ－Ｐｂ－Ｓｎ四元系中Ｃｄ的活度进行了预测。     

THE ELECTRONIC STRUCTURE OF AMORPHOUS ALLOYS Ni-P AND Pd-Ni-P

用光电子能谱、Auger电子能谱实验和量子化学计算研究了Ni-P和Pd-Ni-P非晶态合金的电子结构。结果表明:磷的s,p电子和Ni,Pd的s,d电子成键,Fermi面处的态密度下降,能带结构明显变化。因此,用刚性能带-电荷迁移模型对Ni-P和Pd-Ni-P等非晶态合金的磁性及核磁性质所作的解释是不合乎实际情况的。     

二元合金激光快速熔凝过程的非Fourier模型

基于非Fourier定律，建立了脉冲激光加热条件下单相二元合金表面快速重熔和凝固过程的非平衡传热传质模型，并根据碰撞理论和Aziz的连续生长模型处理固／液界面，以解释快速熔凝过程界面动力学的非平衡效应，快速熔凝问题是涉及热质传输的移动界面问题，通过二阶精度的Von Neumann隐式差分格式和界面跟踪方法进行过程模型的数值求解。应用该模型，分析了Al-Cu二元合金的激光表面熔凝过程，结果表明，激光的高能量密度和非平衡界面动力学所引起的熔化过程和凝固过冷对于快速熔凝过程的影响很大，在快速熔凝过程中，界面速度的变化很大，且因基底材料和热流大小而不同，通过计算获得了界面温度，速度、溶质浓度及非平衡分配系数随界面位置的变化，结果显示，在凝固过程中界面速度和界面溶质浓度都存在着很大的波动。     

Ti对高Al—Zn合金组织性能的影响

研究了Ｔｉ对高Ａｌ－Ｚｎ合金组织性能的影响，确认加Ｔｉ处理后高Ａｌ－Ｚｎ合金中异质晶核的存在，并分析测定了异质晶核的化学成分与晶体结构，在此基础上提出了Ｔｉ细化高Ａｌ－Ｚｎ合金α＇相的机理：异质晶核是立方体质点Ａｌ５Ｔｉ２Ｚｎ相，而不是一般所预料的Ａｌ３Ｔｉ片状基块状晶体。     

Fe—Cu—Si—B纳米晶合金结构的研究

利用X射线衍射、透射电镜及Mossbauer谱技术研究了Fe—Cu-Si-B纳米晶合金的相组成、析出相形貌、电子结构以及类金属原子的分布     

铝合金和铜合金在我国东西部水系统中暴露1年的腐蚀规律

通过对含银5056铝合金、高纯LY6铝合金、LC4铝合金、纯铝L6M、LF6铝合金及紫铜T2和硅青铜在青岛海水、舟山海水、厦门海水、盐湖、淡水投放,得到这些有色金属材料在水系统中的腐蚀规律.经过半年和一年两个周期的腐蚀试验表明,含银5056铝合金和L6M在各试验站主要表现点蚀现象;带包铝的高纯LF6和LC4由于包铝的保护作用在淡水和海水中腐蚀较轻,在盐湖高纯LY6合金表面的包铝将消耗至尽,LC4的基体已经发生严重腐蚀;带包铝的LF6由于“电解质效应”在盐湖发生严重腐蚀;铜合金在盐湖表现比海水更好的适应性. 