Fe-C合金凝固枝晶形貌及特性参数的相场模拟
来源期刊：钢铁2021年第3期
论文作者：夏勇 沈厚发 刘华松 王璞 唐海燕 张家泉
文章页码：137 - 145
关键词：Fe-C合金;相场模型;显微组织;微观偏析;渗透率;
摘 要：为了实现对合金凝固过程中枝晶形态的定量表征、揭示凝固前沿溶质分布与过冷度对微观偏析的影响,进而实现对凝固枝晶间液相渗透率的量化研究,采用相场模型探讨了Fe-0.5%C合金凝固过程中的显微组织和特征参数,并引入分形维数和无量纲周长定量分析了枝晶形貌、微观偏析和其糊状区的渗透性。结果表明,分形维数和无量纲周长可用于定量描述枝晶形态的复杂性。当过冷度从20增加到27K时,分形维数从1.28增加到1.791,无量纲周长从2.39增加到12.6;随着过冷度的增加,枝晶中心轴和固/液界面的溶质浓度均增加,并且枝晶尖端的扩散层厚度减小,即枝晶之间的偏析率增大。此外,利用分形维数和无量纲周长作为凝固过程中枝晶曲折因子实现了凝固过程枝晶间糊状区渗透率的量化计算。其中,与分形维数相比,利用无量纲周长作为曲折因子估测的渗透率与试验结果更为吻合,其在不同过冷度下数值为1.36×10-15～1.75×10-13 m2。
夏勇1，沈厚发2，刘华松1，王璞1，唐海燕1，张家泉1
1. 北京科技大学冶金与生态工程学院2. 清华大学材料科学与工程学院
摘 要：为了实现对合金凝固过程中枝晶形态的定量表征、揭示凝固前沿溶质分布与过冷度对微观偏析的影响,进而实现对凝固枝晶间液相渗透率的量化研究,采用相场模型探讨了Fe-0.5%C合金凝固过程中的显微组织和特征参数,并引入分形维数和无量纲周长定量分析了枝晶形貌、微观偏析和其糊状区的渗透性。结果表明,分形维数和无量纲周长可用于定量描述枝晶形态的复杂性。当过冷度从20增加到27K时,分形维数从1.28增加到1.791,无量纲周长从2.39增加到12.6;随着过冷度的增加,枝晶中心轴和固/液界面的溶质浓度均增加,并且枝晶尖端的扩散层厚度减小,即枝晶之间的偏析率增大。此外,利用分形维数和无量纲周长作为凝固过程中枝晶曲折因子实现了凝固过程枝晶间糊状区渗透率的量化计算。其中,与分形维数相比,利用无量纲周长作为曲折因子估测的渗透率与试验结果更为吻合,其在不同过冷度下数值为1.36×10-15～1.75×10-13 m2。
关键词：Fe-C合金;相场模型;显微组织;微观偏析;渗透率;
