共晶合金快速凝固过程微观组织演化的多相场模拟

本项目利用多相场数值模拟技术，建立Ni-Ni3Si系共晶合金快速凝固过程的多相场理论模型，模拟不同过冷度条件下的Ni-Ni3Si共晶合金的微观组织形貌，揭示其形态演化规律；此外，通过计算共晶生长过程中的共晶层片间距、界面过冷度和生长速度，建立三者之间的数学关系，修正共晶快速凝固理论模型；根据模拟结果定性分析共晶凝固液/固界面的稳定性；通过增大液/固界面前沿的过冷度，阐明非规则共晶组织的形成及演化过程，以及规则共晶向非共晶的转变机制；最后将模拟结果与实验结果对比，建立统一的共晶凝固理论模型。

本项目利用多相场数值模拟技术，建立了共晶合金快速凝固过程的多相场理论模型，通过确定模型参数，编制模拟程序，计算了不同抽拉速度下的共晶形态演化，总结形态选择规律。建立了不同抽拉速度下的共晶形态选择图。恒速生长模拟结果表明，对于恒速生长，在抽拉速度比较低时，共晶层片首先发生合并现象，获得较大的层片间距以后仍以层片形式进行生长；抽拉速度增大后，层片仍发生合并随后向棒状形态转变；进一步增大抽拉速度，共晶层片不再发生合并仅以初始层片间距进行稳态生长；但是更大的抽拉速度将导致层片的振荡生长甚至层片细化。变速生长过程模拟结果表明，共晶形态的改变、界面平均生长速度与平均过冷度的变化相对变速位置和变速时刻均产生滞后效应，但变速前后共晶形态的选择与恒速下相应速度区间的共晶形态的选择相吻合。界面平均生长速度和平均过冷度之间的关系与理论研究定性一致。此外，通过计算共晶生长过程中的共晶层片间距、界面过冷度和生长速度，建立三者之间的数学关系，修正共晶快速凝固理论模型，根据模拟结果定性分析共晶凝固液/固界面的稳定性；另外利用多相场数值模拟方法对固定层片间距下不同层片厚度的三维层片过共晶生长形态演化行为进行了模拟。并研究了定向凝固过程晶粒的竞争生长。