二元合金激光快速熔凝过程的非Fourier模型

惠希东¹，胡壮麒²，杨院生²，陈晓明²，童文辉²，朱仕学²

(1.北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京,100083;
2.中国科学院金属研究所高温合金研究室,沈阳,110016)

摘要:基于非Fourier定律,建立了脉冲激光加热条件下单相二元合金表面快速重熔和凝固过程的非平衡传热传质模型.并根据碰撞理论和Aziz的连续生长模型处理固/液界面,以解释快速熔凝过程界面动力学的非平衡效应.快速熔凝问题是涉及热质传输的移动界面问题,通过二阶精度的Von Neumann隐式差分格式和界面跟踪方法进行过程模型的数值求解.应用该模型,分析了Al-Cu二元合金的激光表面熔凝过程.结果表明,激光的高能量密度和非平衡界面动力学所引起的熔化过热和凝固过冷对于快速熔凝过程的影响很大.在快速熔凝过程中,界面速度的变化很大,且因基底材料和热流大小而不同通过计算获得了界面温度、速度、溶质浓度及非平衡分配系数随界面位置的变化.结果显示,在凝固过程中界面速度和界面溶质浓度都存在着很大的波动.

关键词:激光加热; 快速熔凝; 非平衡; 数学模型;

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