多相場模擬技術(shù)在共晶凝固研究中的應(yīng)用

前言

凝固微觀組織演化及其控制一直是凝固科學(xué)的核心研究內(nèi)容。共晶生長作為一種基本凝固方式，廣泛存在于許多重要結(jié)構(gòu)材料和功能材料的液一固相變中。如何準(zhǔn)確獲取共晶凝固過程中微觀組織演化信息及其轉(zhuǎn)變規(guī)律，深入理解共晶凝固的內(nèi)在機制，進(jìn)而控制其最終組織形態(tài)，是共晶領(lǐng)域研究最主要的任務(wù)，也是現(xiàn)代凝固理論研究中最具挑戰(zhàn)性的課題之一。隨著現(xiàn)代科技對材料性能要求的不斷提高，更進(jìn)一步深入理解共晶凝固內(nèi)在物理機制及其微觀組織演化規(guī)律的期望和要求也越來越高。隨著計算材料科學(xué)的發(fā)展，通過數(shù)值模擬方法真實再現(xiàn)鑄件凝固過程，揭示鑄件內(nèi)部各種組織花樣的形成機制及演化歷程.已逐漸成為研究凝固過程的一種非常重要的手段。相場法作為目前最有效的微觀組織數(shù)值模擬方法，已在凝固微觀組織演化研究中顯示出越來越重要的作用。基于此，本書以共晶凝固過程中微觀組織演化為研究主題，采用相場法系統(tǒng)地研究了共晶凝固中的組織演化規(guī)律，為更深入理解共晶生長過程奠定了基礎(chǔ)。本書詳細(xì)地介紹了相場模型的建立過程，并結(jié)合了作者近年來的研究成果及本領(lǐng)域的最新進(jìn)展。

內(nèi)容概要

本書介紹了共晶凝固理論的研究進(jìn)展、相場法數(shù)值模擬的概念及其應(yīng)用以及典型的多相場模型的建立及應(yīng)用。全書共7章，其中共晶合金定向生長形態(tài)演化是其核心內(nèi)容，包括二維形態(tài)演化和三維形態(tài)演化。本書從多相場模型的建立、參數(shù)的選擇及邊界條件的確定開始，分別研究了共晶合金的形態(tài)演化、形態(tài)演化過程中的共晶層片厚度效應(yīng)及影響形態(tài)演化過程的因素，為進(jìn)一步研究共晶合金的微觀組織奠定了基礎(chǔ)。    本書可作為材料加工學(xué)科及物理學(xué)科研究生教材，也可供從事相場模擬研究的高校教師、企業(yè)工程技術(shù)人員等廣大科研工作者參考。

書籍目錄

1  緒論  1.1  概述  1.2  共晶凝固理論的研究進(jìn)展    1.2.1  經(jīng)典共晶凝固理論的回顧    1.2.2  現(xiàn)代共晶凝固理論的研究進(jìn)展    1.2.3  共晶形態(tài)的層-棒轉(zhuǎn)變理論  1.3  相場法研究進(jìn)展    1.3.1  相場模型    1.3.2  相場模型參數(shù)的確定方法    1.3.3  相場模型在凝固微觀組織模擬中的應(yīng)用  1.4  多相場模型    1.4.1  多相場模型的分類    1.4.2  典型的多相場模型    1.4.3  多相場模型的發(fā)展  1.5  共晶凝固領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及亟待解決的問題2  共晶凝固多相場模型及其數(shù)值求解  2.1  共晶凝固尖銳界面模型  2.2  共晶多相場模型    2.2.1  相場方程    2.2.2  溶質(zhì)場方程  2.3  參數(shù)的確定    2.3.1  相場模型參數(shù)    2.3.2  計算參數(shù)    2.3.3  工藝參數(shù)  2.4  數(shù)值求解及后處理方法    2.4.1  初始條件    2.4.2  邊界條件    2.4.3  方程的離散    2.4.4  后處理  2.5  程序流程3  層片共晶形態(tài)穩(wěn)定性的二維基準(zhǔn)性研究  3.1  參數(shù)空間  3.2  CBr4-C2Cl6合金的形貌選擇    3.2.1  亞共晶成分(η=0.2)    3.2.2  共晶成分    3.2.3  過共晶成分(η=0.5)    3.2.4  與實驗結(jié)果的對比  3.3  模型合金的形貌選擇    3.3.1  亞共晶成分(η=0.4)    3.3.2  共晶成分    3.3.3  過共晶成分(η=0.6)  3.4  層片共晶形態(tài)選擇的機理分析    3.4.1  層片共晶形態(tài)選擇規(guī)律    3.4.2  穩(wěn)定性分析    3.4.3  穩(wěn)定性圖4   CBr4-C2Cl6共晶合金的三維層片形態(tài)演化  4.1  三維模擬的建立    4.1.1  參數(shù)及初始條件    4.1.2  溫度邊界條件的確定  4.2  低厚度測試    4.2.1  亞共晶合金(η=0.2)    4.2.2  共晶合金    4.2.3  過共晶合金(η=0.5)  4.3  CBr4-C2Cl6合金三維形態(tài)演化    4.3.1  亞共晶合金(η=0.2)    4.3.2  共晶合金    4.3.3  過共晶合金(η=0.5)5  CBr4C2Cl6過共晶合金三維層片形態(tài)演化的厚度效應(yīng)  5.1  初始層片間距小于最小過冷度層片間距時的厚度效應(yīng)    5.1.1  形態(tài)演化    5.1.2  溶質(zhì)分布    5.1.3  界面平均過冷度  5.2  初始層片間距接近最小過冷度層片間距時的厚度效應(yīng)  5.3  初始層片間距大于最小過冷度層片間距時的厚度效應(yīng)  5.4  層片厚度效應(yīng)機制6  不同抽拉速度下CBr4-C2Cl6共晶合金的三維形態(tài)選擇  6.1  恒速條件下的共晶生長    6.1.1  不同抽拉速度下的形態(tài)選擇    6.1.2  形態(tài)選擇圖  6.2  變速條件下的共晶生長  6.3  抽拉速度對形態(tài)選擇的影響機制    6.3.1  基于最小過冷度原理的分析    6.3.2  應(yīng)用理論模型驗證    6.3.3  實驗實例7  共晶形態(tài)的層-棒轉(zhuǎn)變  7.1  CBr4-C2Cl6共晶合金層-棒轉(zhuǎn)變    7.1.1  液相溶質(zhì)擴散系數(shù)DL的影響    7.1.2  初始成分的影響    7.1.3  初始層片間距的影響  7.2  模型合金層-棒轉(zhuǎn)變    7.2.1  不同初始成分的亞共晶形態(tài)演化    7.2.2  形態(tài)選擇圖  7.3  共晶形態(tài)層-棒轉(zhuǎn)變機制  7.4  實驗結(jié)果參考文獻(xiàn)附錄附錄A  二維離散附錄B  三維離散

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《多相場模擬技術(shù)在共晶凝固研究中的應(yīng)用》是上海市金屬功能材料開發(fā)應(yīng)用重點實驗室專項經(jīng)費資助。

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