定向凝固藕状多孔Al生长过程的模拟仿真.PDFVIP

第50 卷 第11 期 Vol.50 No. 11 2014 年 11 月 第1403-1412页 ACTA METALLURGICA SINICA Nov. 2014 pp. 1403-1412 定向凝固藕状多孔Al 生长过程的模拟仿真* 1) 1,2) 1,2) 杨倩倩 刘 源 李言祥 1) 清华大学材料学院, 北京 100084 2) 清华大学先进成形制造教育部重点实验室, 北京 100084 摘 要 通过对Gasar 凝固过程中的传质、气泡形核、气孔生长、中断及脱离等的理论分析, 建立了一个描述单气孔演变过程 的非稳态三维模型, 并采用有限差分的方法模拟了不同凝固速率下定向凝固多孔Al 的气孔形貌. 基于Al-H 系的研究结果 2 表明: 当凝固速率在0.15~0.005 mm/s 范围内时, 固/气两相能够维持协同生长, 气孔的平均孔径分布在100~ 1100 mm 之间, 但随凝固速率的降低会逐渐增加, 气孔长度亦随凝固速率的降低逐渐增加, 长径比则基本保持在40 左右; 当凝固速率为 0.015 mm/s 时, 气孔孔径的模拟值与实验值吻合较好, 之后随凝固速率的降低, 模拟孔径略低于实验值, 分析认为, 实际凝固 过程中熔体上方的H 向熔体内的不断扩散是导致该差异的主要原因; 随着熔体过热度和H 分压的逐渐增大, 对应藕状多孔Al 2 2 固/气两相协同生长凝固速率范围的最大值由不足0.01 mm/s 先逐渐增加之后稳定在0.15 mm/s, 最小值则由0.0001 mm/s 左 右逐渐增加至约0.01 mm/s; 对Al-H 系和Cu-H 系相关参数的比较分析表明, H 在金属熔体中的溶解度是决定Al-H 系Gas- 2 2 2 2 ar 结构中固/气两相协同生长凝固速率范围的主要参数. 关键词 定向凝固, 协同生长, 模拟仿真, 多孔Al, 凝固速率 中图法分类号 TG 146, TG249 文献标识码 A 文章编号 0412-1961(2014) 11-1403-10 MODELING AND SIMULATION OF STRUCTURAL FORMATION OF POROUS ALUMINUM IN GASAR SOLIDIFICATION YANG Qianqian 1), LIU Yuan 1,2), LI Yanxiang 1,2) 1) School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084 2) Key Laboratory for Advanced Materials Processing Technolo