镁合金半固态浆料制备中非枝晶生长的相场法研究.pdfVIP

学兔兔 材料 ·工艺 MaterialTechnology 镁合金半固态浆料 制备中非枝晶生长的相场法研究 袁训锋 ，杨 燕，刘彦峰，汤引生，赵 杰，李 春 ，周春生 (商洛学院，陕西商洛 726000) 摘要：采用相场法对镁合金 自孕育半固态浆料制备中非枝晶生长过程进行模拟，研究了空间步长对非枝 晶生长行为的影响。结果表明：镁合金多晶粒共同竞争生长时，晶粒形貌由晶体结构特征和生长空间共同决 定。晶粒在具有较大生长空间的优先生长方向上，固液界面前沿溶质富集程度低，保持生长优势，形成主枝； 晶粒在具有较小生长空间的优先生长方向上，固液界面前沿溶质富集严重，尖端变秃，形成非枝晶形貌。随 着空间步长的增加，晶粒合并生长趋势减弱，固液界面前沿溶质富集和溶质偏析程度降低。 关键词：镁合金；相场法；非枝晶生长；空间步长 中图分类号：TG244：文献标识码：A；文章编号：lO06—9658(2014)04—0O54—04 D0I：10．3969／J．1SSn．1006—9658．2014．04．019 在半固态成形工艺中，无论是流变成形还是触 面，在模拟微观组织演变方面具有独特的优势。余小 变成形，制备均匀、细小、等轴非枝晶组织的半固态 鲁等m睬用相场法模拟了电磁搅拌法制备半固态金 浆料，是半固态成形技术的基础和关键。世界各国 属材料过程中微观组织的演变过程；白锐等 【习运用 投入大量的人力和物力开发出多种制备半固态浆 相场法模拟研究了液相线铸造法半固态金属的非枝 料的方法，具代表性的有机械搅拌法[1]、电磁搅拌法 晶组织特征。但到 目前为止，针对 自孕育半固态浆料 阁、 应变诱发熔体激活法[31、固液混合铸造法 、自孕 制备中微观组织形成方面的相场法模拟研究仍鲜见 育法5[1等。自孕育法技术工艺简单，生产成本低，适 报道。 合各种合金，可以直接成形复杂铸件。白孕育法制 本文基于WHEELER模型[13,14]，对镁合金 白孕育 备半固态浆料技术 自提出以来，被广大学者一致认 半固态浆料制备中非枝晶生长过程进行模拟，分析 为具有重要研究价值和广泛应用前景。 了多晶粒充分长大后的相场形貌和溶质分布情况。 近年来，自孕育法半固态浆料制备技术主要集 详细探讨了空间步长对镁合金多晶粒非枝晶生长行 中在试验研究方面。李元东M、邢博 等研究了浇注 为的影响。 温度 、自孕育剂加入量、导流器角度等工艺参数对 AM60镁合金半固态组织的影响。李春等 研究了 1 相场模型 自孕育工艺参数对Mg一9Zn—xAl合金的半固态组织 为了更真实的模拟晶粒生长过程，必须考虑固液 的影响并分析了工艺参数间交互作用的本质。这种 界面处的各向异性。在模拟计算中，界面能各向异性 传统试验方法虽然直观可操作性强，但不能直接观 通过依赖于角度的界面厚度系数引入，即： 察到非枝晶组织的形成过程 ，无法揭示非枝晶组织 ()=否厂()=否(1+e6COS(69／)) (1) 形成的物理机理。相场法能够有效避免跟踪固液界 式中，为界面法 向与枝晶主轴之间的夹角 = tan(a,blaYla,~lax)。其中，西为相场变量，6=I代表 基金项 目：陕西省教育厅专项科研计划资助项 目(14JK1223)；商洛学 液相，咖=0代表固相；否为界面