一种Ti-45％Al合金定向凝固过程的数值模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种Ti‑45％Al合金定向凝固过程的数值模拟方法，具体步骤如下：步骤1、简化模型条件；步骤2、形核与生长模型建立；步骤3、溶质再分配与扩散模型建立；步骤4、定义捕获规则；步骤5、模拟计算及结果导出。本模型能够模拟Ti‑45％Al合金定向凝固过程中枝晶的形核与生长、溶质浓度分布规律，以及研究温度梯度、扰动振幅、各向异性强度等参数对枝晶生长的影响，从而对研究合金定向凝固过程中枝晶生长机制起到一定的促进作用。

【技术实现步骤摘要】
一种Ti-45％Al合金定向凝固过程的数值模拟方法
本专利技术属于金属材料铸造工艺数值模拟
，具体涉及一种Ti-45％Al合金定向凝固过程的数值模拟方法。
技术介绍
定向凝固是控制金属材料凝固组织的重要手段之一。凝固过程中，在凝固金属和未凝固熔体之间建立特定方向的温度梯度，会使熔体沿着与热流相反的方向凝固，从而获得具有特定取向的晶粒，可以达到有效控制晶粒取向，消除横向晶界，提高组织纵向力学性能的效果。由于采用定向凝固技术能够得到具有特殊取向的组织和性能优异的材料，因而从它诞生以来，就吸引了诸多研究者对其工艺过程进行不断探索。定向凝固工艺参数、凝固条件与显微组织的形成过程之间存在着复杂的关系，过去，试验方法和理论推导是研究定向凝固组织演变的两个重要手段。实验方法由于受实验条件的限制，不仅费时费力，而且所得的结果很难单独反映某个因素对凝固组织的影响；对凝固过程组织演变的理论推导很难得到解析解，而且建立的模型基本上是基于一维的，这种一维模型很难反映实际情况。随着计算机技术的快速发展以及凝固理论的不断完善，采用数值模拟技术研究合金凝固过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ti-45％Al合金定向凝固过程的数值模拟方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：/n步骤1、简化模型建立条件；/n步骤2、建立形核与生长模型；/n步骤3、建立溶质再分配与扩散模型；/n步骤4、定义捕获规则；/n步骤5、模拟计算及结果导出。/n

【技术特征摘要】
1.一种Ti-45％Al合金定向凝固过程的数值模拟方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、简化模型建立条件；
步骤2、建立形核与生长模型；
步骤3、建立溶质再分配与扩散模型；
步骤4、定义捕获规则；
步骤5、模拟计算及结果导出。


2.根据权利要求1所述的一种Ti-45％Al合金定向凝固过程的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤1简化模型建立条件包括：
简化条件1、整个凝固过程只存在液相、固相和界面三种元胞状态；
简化条件2、元胞邻域关系采用V.Neumann型邻域，即四邻域；
简化条件3、忽略动力学过冷，只考虑温度过冷、成分过冷和曲率过冷；
简化条件4、模拟区域划分为正方形网格，每一个网格即为一个元胞。


3.根据权利要求2所述的一种Ti-45％Al合金定向凝固过程的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤2按照以下具体步骤实施：
将模拟区域整体定义为液相元胞，在凝固起始位置定义若干个固相元胞作为凝固的初始晶核元胞，初始晶核周围的液相元胞定义为界面元胞；
由金属凝固理论可知，液态金属要凝固必须有过冷度的存在，总过冷度可由公式(1)计算：



式中：Tl为液相线温度；T为当前元胞温度；ml为溶质的液相线斜率；C0为溶质的初始浓度；Cl*为界面处平衡液相分数；ΓK为Gibbs-Thompson系数；ε为表面能各向异性强度；θ为界面法向和水平方向的夹角，θ0为晶体的择优生长方向和水平方向的夹角；
给定过冷度后，界面处平衡液相分数可由公式(2)计算：



当界面元胞与液相元胞之间通过界面面积Δx排出多余溶质时，Δt时间内排出的溶质可由公式(3)进行计算：



式中：Dl为液相扩散系数；Δx为模拟选用的网格尺寸；Δt为单位时间；nb为界面元胞的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李继红，郭钊，郭宇飞，董玉凡，郝琛，张敏，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61