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基于KKS模型,采用相場和溶質(zhì)場耦合的方法,對鋁-銅二元合金的定向凝固過程進行了模擬。為了簡化計算,采用了溫度凍結(jié)近似;研究了各向異性、界面厚度、界面能等參數(shù)對界面形態(tài)和微觀偏析的影響。結(jié)果表明:在各向同性的情況下,晶體生長為淺胞狀枝晶生長;當引入各向異性后,隨著各向異性系數(shù)的增大,晶體生長由淺胞狀枝晶向深胞狀枝晶轉(zhuǎn)變;隨著界面能和界面厚度的增加,胞晶間的凹坑變淺,晶體生長由深胞狀枝晶向淺胞狀枝晶轉(zhuǎn)變。
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利用定向凝固方法研究了在1580和1650℃加熱溫度下Ti-47Al-2Cr-2Nb合金不同片層取向的晶粒競爭生長規(guī)律.顯微組織分析表明,合金初生相為β相,隨后發(fā)生包晶反應(yīng)形成α相,并在β→α轉(zhuǎn)變時α相依附已有β相形核,12種α變體中僅形成了一種特定取向的α變體,兩相區(qū)平均溫度梯度由40K/cm增大至160K/cm,從而使凝固界面形態(tài)由柱狀樹枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)榘麪顦渲?在排除切割面影響的前提下,對γ片層取向的演變過程進行了分析.結(jié)果表明,在1mm/min的抽拉速度下,溫度梯度為40K/cm(加熱溫度為1580℃)時,與生長方向呈74°左右的柱狀晶逐漸淘汰其他與生長方向約呈45°的晶粒;提高溫度梯度至160K/cm(加熱溫度為1650℃)時,與生長方向呈74°左右的柱狀晶逐步淘汰其他與生長方向約呈90°的晶粒而生長占優(yōu).晶體取向計算表明,在本實驗條件下β枝晶傾向于沿〈110〉_β方向擇優(yōu)生長,提高溫度梯度使β枝晶沿〈110〉_β方向擇優(yōu)生長趨勢增強,〈001〉_β等其他取向枝晶被更快淘汰.
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