功能梯度材料制备过程中输运现象研究.pdfVIP

摘 要 凝固过程中大量复杂的输运现象，是生产功能梯度材料的关键问题，包 括动量、热量、成分和颗粒的输运。本文对这些输运现象展开了研究。首先， 从微观方程出发，利用相函数和体积平均推导了多相流宏观方程。其次，对 颗粒与凝固面的相互作用模型进行了比较，提出了颗粒与椭圆枝晶界面作用 模型，并给出了建立稳态模型的方法和步骤。再次，提出了重力作用下一维 AI／SiC系统凝固模型，并用有限容积法进行了数值求解。计算结果表明，当从 底部冷却，并开始凝固时，在凝固件的顶部有一个无颗粒区，中间有一个等 颗粒体积分数(最大堆积浓度)区，底部有一个颗粒体积分数渐变区．在此基 础上，就各参数对凝固件中颗粒浓度分布的影响进行了研究。当初始颗粒体 积分数比较大时，无颗粒区较小，降低冷却温度可以使浓度渐变区增大。最 后，采用多相流模型对不同冷却条件下AI．Si／SiC系统二维凝固过程进行了数 值模拟，对顶面冷却、底面冷却、侧面冷却和四面冷却条件下，无颗粒、小颗 粒和大颗粒的情况进行了研究。计算给出的溶质分布表明，对于分凝系数小 于l的合金，先凝固的地方出现负偏析，后凝固的地方出现正偏析。顶面冷却 和底面冷却时出现A型偏析，侧面冷却和四面冷却出现V型偏析。共晶分布 验证了Scheil方程，共晶的产生会受到宏观偏析的影响，而且大颗粒的堆积会 抑止共晶的产生。 关键词 功能梯度材料，凝固，重力浇注，数值模拟，界面 Abstract there Itisa materialsthat functionally—graded keyproblemduringproducing solidification are transportationphenomenonduring processing，in- many，complex of and Research particles momentum，heat，composition transportations cluding withthese themicro— associated issues transportationphenomenon．First，fronl obtain functionand the equations，wemacroscopicequationsbyusingphase seopic volume modelsofinteractionbetweena anda average．Second．different particle interfaceare modelofinteractionbetweena solidification compared．A particle of an dendriteinterfaceiS Themethodand estab— and elliptica