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首页过偏晶Al-Bi合金液-液相分离的Eulerian模拟与组织演化
本文主要探讨了"Al-Bi过偏晶合金液-液相分离模拟与分析"这一主题,该研究发表于2010年的东北大学学报(自然科学版),针对的是铝-铋(Al-Bi)合金在难混溶区的凝固过程。研究团队,由康智强、王恩刚、张林和赫冀成等专家组成,利用Eulerian方法构建了一个数学模型,对过偏晶合金在液态下的相分解及其运动行为进行了深入的数值模拟。 研究关注的关键物理现象包括温度场、运动速度以及浓度分布对合金凝固微观组织演化的深刻影响。其中,研究发现过冷度在局部区域的显著差异是造成大尺寸液滴形成的决定性因素,这表明控制冷却条件对于细化晶粒结构至关重要。在无重力环境下,Marangoni力的作用显著,它促使第二相的小液滴倾向于向铸件中心区域移动,从而影响合金成分的均匀分布。这种不均匀分布是形成宏观偏析的根源,最终通过定向运动,使得两相在宏观尺度上发生分离。 关键词揭示了研究的核心内容,包括过偏晶合金、数值模拟、Marangoni力、扩散长大以及形核过程。Marangoni效应在热传导过程中引发的表面张力梯度驱动的相分离现象,是理解合金凝固行为中的重要物理机制。这项研究不仅对理论分析有贡献,也为优化过偏晶合金的加工工艺和产品质量提供了重要的理论依据。 这篇文章通过数学模型和数值模拟,深化了我们对Al-Bi过偏晶合金液-液相分离过程的理解,对于合金材料的精密铸造和控制微观结构具有实际应用价值。
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收稿日期
基金项目 屯国家高技术研究发展计划项目 AAZ 国家自然科学基金资助项目 高等学校博士学
科点专项科研基金资助项目 高等学校学科创新引智计划项目 B
作者简介 烫康智强 女 辽宁鞍山人 东北大学博士研究生 王恩刚 男 辽宁沈阳人 东北大学教授 博士生导师
赫冀成 男满族 辽宁瓦房店人 东北大学教授 博士生导师
第卷第期
年 月
东 北 大 学 学 报 自 然 科 学 版
Journal of Northeastern University Natural Science
Vol No
Sep
Al Bi 过 偏 晶 合 金 液 液 相 分 离 模 拟 与 分 析
康智强 王恩刚 张 林 赫冀成
东北大学 材料电磁过程研究教育部重点实验室 辽宁 沈阳
摘 要 采用 Eulerian 法建立过偏晶 Al Bi 合金难混溶区凝固过程的数学模型 对过偏晶合金液 液相
分解及分离的运动行为进行数值模拟研究 分析两相温度场 运动速度 浓度分布等物性参数对合金凝固显微
组织演化的影响
结果表明 先形核的局部区域的过冷度是影响局部大尺寸液滴产生的重要原因 无重力条件
下 Marangoni 力驱动第二相小液滴向铸件中心区域迁移 导致偏晶合金不能均匀分布 浓度场的不均匀分布
是产生宏观偏析的前提 定向运动最终导致两相的宏观分离
关 键 词 过偏晶合金 数值模拟 Marangoni 力 扩散长大 形核
中图分类号 TG 文献标志码 A 文章编号
Simulation and Analysis of LiquidLiquid Separation
Mechanism of Hypermonotectic AlBi Alloy
KA NG Zhi
q
iang W A NG En
g
ang ZHA NG L in HE Ji
cheng
Key Laboratory of Electromagnetic Processing of Materials Ministry of Education Northeastern University
Shenyang China Correspondent WANG En
g
ang Email egwang mail neu edu cn
Abstract A mathematical model was developed by Eulerian method during the solidification
p
rocess of the hypermonotectic AlBi alloy in immiscibility region A numerical simulation was
done for the moving behavior of the liquid
p
hase decomposition of the alloy and its liquidliquid
separation thus discussing the effects of two
p
hase temperature field moving velocity
concentration distribution and other physical parameters on the microstructural evolution during
solidification The results showed that the undercooling in locally prenucleated region is the main
influencing factor on the formation of local bigsize droplets Taking no account of gravity the
Marangoni force drives the second
p
hase droplets to migrate to the casting center thus resulting
in the ununiform distribution of the alloy The ununiform distribution of concentration is the
p
recondition under w hich the macrosegregation forms Eventually the directional motion results
in the two
p
hase macrosegregation
Key words hypermonotectic alloy numerical simulation Marangoni force diffusion grow th
nucleation
偏晶合金是工业上用途广泛的重要金属材
料 其物理和化学方面的独特性能使之成为集结
构与功能材料于一体的具有良好应用前景的新型
材料
目前 偏晶合金主要应用在以下几个方面
具有 Pb 或 Bi 相弥散分布显微组织的 Cu Pb Al
Pb Al Bi 合金是汽车工业潜在的优良轴瓦材
料
Ag Ni 和 Cu Cr 合金是重要的电触头
材料 由于它们优异的断续性能 耐高压应力以及
良好的导电 导热性能 被广泛应用于高电压设备
中
此外 还包括可用于干电池电极的具有
优异电化学性能的 Pb Zn 合金以及具有超导特
性的 Al Nb Bi Ga 合金等
由于该类合金在
凝固过程中须经过两组元液相共存的难混溶区
而其组元密度差异等原因导致了在偏晶反应之前
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