基于主曲率分布概率分析的三维凝固组织粗化动力学研究

粗化过程直接影响着铸件微观组织的形成和各种凝固缺陷的发生，对其动力学规律的认识和掌握，是控制粗化过程进而避免各种铸造缺陷，获得理想凝固组织的前提。然而当前从二维截面组织分析出发，以平均参量（颗粒半径或二次枝晶间距）表征粗化过程的研究无法揭示组织细节的演化规律，因而极大限制了人们进一步认识与之密切相关的铸造缺陷形成规律。近年来最新发展的界面主曲率分布概率分析法则可以充分表征复杂微观组织形貌细节。本项目以此为出发点，通过相场法数值模拟和基于连续切片的三维微观组织重构实验分析，对高固相体积分数下复杂组织的粗化过程进行深入研究，力图阐明组织形貌与粗化方式以及粗化动力学规律间的关联，明晰热物性参数及控制条件对粗化方式及其动力学的影响，揭示不同条件下粗化过程中组织形貌细节的演化规律，进而发展可反映组织形貌细节演化规律的粗化动力学理论，为理解铸造缺陷形成规律、控制铸件质量提供理论支持。

粗化是凝固后期一种重要的微观组织演化方式，对其动力学规律的认识和掌握，是控制粗化过程进而避免各种铸造缺陷，获得理想凝固组织的前提。本项目采用相场法数值模拟并结合基于连续切片的三维微观组织重构实验分析，对糊状区内复杂微观组织粗化过程进行了深入研究。取得的主要成果如下：（1）建立并验证了适用于糊状区组织演化的定量多相场模型,实现了定量相场模型的高效求解及程序编制；（2）实现了对复杂三维微观组织演化的数值模拟及实验观测，获得了三维微观组织平均特征参量以及界面主曲率分布函数的演化规律，阐明了粗化方式与组织形貌细节以及界面主曲率分布特征之间的内在关联，揭示了糊状区内枝晶骨架演化及竞争淘汰的内在机制；（3）获得了不同界面润湿性下体系特征参量随固相体积分数的变化规律，阐明了初始颗粒尺寸分布及空间分布对粗化动力学的影响，确定了决定非稳态粗化阶段时间长短的首要因素。本项目成果不仅对粗化动力学理论发展起到很好的推动作用，还可为微观组织粗化过程调控提供理论依据。