过冷二元合金固态凝固：收缩与膨胀效应分析

"过冷二元合金固态凝固中的收缩或膨胀效应" 这篇科研论文主要探讨了在过冷二元合金固态凝固过程中，由于密度变化导致的收缩或膨胀效应。研究由A.Jakhar，P.Rath和S.K.摩诃婆罗多在机械科学学院，IIT Bhubaneswar进行，并发表在2016年的《工程科学与技术》国际期刊上。关键词包括二元合金、单相密度、比路易斯数以及固-液相变。 作者们提出了一种相似性解决方案，该方案考虑了在相变过程中合金密度的变化。他们假设热物理性质保持不变，然后建立了温度和浓度分布的解析解，这是相似解法的产物。研究的核心是分析密度比（即固态和液态合金之间的密度差异）以及路易斯数（描述传热和传质关系的无量纲参数）对界面运动和共轭传热传质的影响。 通过分析，他们发现凝固过程中，当密度比和初始温度降低时，固-液界面的移动速度会增加。这一发现对于理解合金凝固过程中的动态行为至关重要，特别是对于控制铸造过程中的微观结构和性能有直接影响。 在二元合金的凝固过程中，通常会出现一个包含液相和固相的过渡区域，即糊状区。糊状区的存在使得研究宏观偏析成为可能，宏观偏析是指在凝固过程中元素分布不均，可能导致材料性能的不一致。Stefan问题，作为相变过程的基本理论框架，被用来描述和理解这种界面移动，但通常需要简化的一维模型或者复杂的数值解方法。 Oziik和Yener等人的工作为解决Stefan问题提供了基础，而数值解方法如波前跟踪法和固定区域法则被广泛用于处理更复杂的情况。这些数值方法，如比热方法、焓法、源基法、温度恢复法和热积分法，都是解决实际凝固过程中的关键技术。 这篇论文揭示了过冷二元合金凝固过程中密度变化如何影响界面运动，这对于优化金属制造工艺，尤其是铸造过程，以及预测和控制最终产品的质量具有深远的意义。此外，对于材料科学家和工程师来说，理解这些基本的物理现象是至关重要的，因为它们直接影响到材料的性能和应用。