相场模型模拟液固界面各向异性作用下自由枝晶生长 被引量：8

1

作者 赵达文 李金富 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第10期7094-7100,共7页

采用自适应有限元方法求解相场模型,分别对界面能各向异性和界面动力学各向异性条件下自由枝晶生长过程进行了模拟.计算表明两种各向异性均显著影响枝晶的生长,随着各向异性的增大枝晶尖端生长速度增大,尖端半径降低.两种各向异性对自... 采用自适应有限元方法求解相场模型,分别对界面能各向异性和界面动力学各向异性条件下自由枝晶生长过程进行了模拟.计算表明两种各向异性均显著影响枝晶的生长,随着各向异性的增大枝晶尖端生长速度增大,尖端半径降低.两种各向异性对自由枝晶生长有着不同形式的影响,在界面能各向异性条件下,枝晶生长稳定性系数与各向异性系数成幂函数关系;而在动力学各向异性条件下,稳定性系数与各向异性系数成线性关系. 展开更多

关键词 界面能各向异性 动力学各向异性 自由枝晶生长 相场模型

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相场法模拟强各向异性作用下二元合金枝晶生长 被引量：8

2

作者 袁训锋 丁雨田 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期2216-2222,共7页

基于Wheeler模型和Eggleston修正强界面能各向异性的方法,建立耦合溶质场和温度场的相场模型,模拟强界面能和界面动力学各向异性下Ni-Cu合金的枝晶生长过程。结果表明:两种各向异性均显著影响枝晶生长,在强界面动力学各向异性下,固相以... 基于Wheeler模型和Eggleston修正强界面能各向异性的方法,建立耦合溶质场和温度场的相场模型,模拟强界面能和界面动力学各向异性下Ni-Cu合金的枝晶生长过程。结果表明:两种各向异性均显著影响枝晶生长,在强界面动力学各向异性下,固相以类矩形方式沿?110?方向生长;在强界面能各向异性及同时存在两种各向异性下,固相以枝晶方式沿?100?方向生长,界面方向不连续,枝晶臂主枝尖端出现棱角。在各向异性强度取值相同情况下,仅有界面能各向异性时,?100?方向枝晶尖端温度梯度大,生长迅速,稳态生长速度比同时存在两种各向异性的大32.26%;仅有界面动力学各向异性时,?100?方向枝晶尖端温度梯度小且溶质浓度高,生长缓慢,稳态生长速度比同时存在两种各向异性的小48.92%。 展开更多

关键词 二元合金 界面能各向异性 界面动力学各向异性 相场法 枝晶生长

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食品速冻保鲜过程冰晶生长的相场模拟 被引量：6

3

作者 杨燕 袁训锋 +1 位作者 乔希民 范娜 《食品与机械》 CSCD 北大核心 2018年第12期108-114,共7页

针对食品速冻保鲜工艺因大冰晶破坏细胞结构造成品质下降的问题,将细胞溶液视为水和溶质二元系统,采用五重对称强界面能各向异性相场模型,再现冰晶生长演化过程,探讨了冷冻时间对冰晶生长行为的影响。结果表明:冰晶生长模拟结果与实际... 针对食品速冻保鲜工艺因大冰晶破坏细胞结构造成品质下降的问题,将细胞溶液视为水和溶质二元系统,采用五重对称强界面能各向异性相场模型,再现冰晶生长演化过程,探讨了冷冻时间对冰晶生长行为的影响。结果表明:冰晶生长模拟结果与实际形貌一致,两者主枝中部具有发达的侧向分支,主枝根部出现缩颈,主枝和侧枝尖端具有棱角。在主枝和侧枝之间扩散通道不畅通,形成半封闭液相区其溶质浓度达到1.76%,冰晶生长受到抑制。固液界面区域的无量纲温度在冰晶主枝根部变化平缓,而在尖端变化急剧。随着冷冻时间延长,无量纲温度和溶质浓度先快速增加后逐渐趋于稳定,尖端生长速率和曲率半径先急剧减小后逐渐趋于稳定,冰晶从初期近似五边形经过5主枝结构向五重对称多分支小平面结构转变。 展开更多

关键词 速冻保鲜 相场法 冰晶生长 界面能各向异性 五重对称结构

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Ti-6Al-4V中界面能对α相片层生长的影响三维相场模拟 被引量：6

4

作者 杨梅 王刚 +4 位作者 滕春禹 徐东生 张鉴 杨锐 王云志 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期148-158,共11页

采用相场方法定量模拟了界面能各向异性对Ti-6Al-4V合金片层α相生长的影响.模拟所需的动力学与热力学数据分别来自DICTRA和Thermo-Calc数据库.结果表明,在高温热处理条件下,界面能各向异性是控制α相形貌的重要因素.温度越高α相沿长... 采用相场方法定量模拟了界面能各向异性对Ti-6Al-4V合金片层α相生长的影响.模拟所需的动力学与热力学数据分别来自DICTRA和Thermo-Calc数据库.结果表明,在高温热处理条件下,界面能各向异性是控制α相形貌的重要因素.温度越高α相沿长度方向生长越慢,片层的宽度和厚度越大.定量研究了新生α相和残余β相的宽度和厚度随模拟条件的变化,统计结果表明,对应于不同的界面能各向异性,α相的宽厚比演化规律不同,界面能各向异性越强,生成的α相越宽,残余β相宽度也越大.溶质场分析表明,生长过程中溶质分布不均匀,在相界β侧形成了Al贫瘠区和V富集区,且界面能各向异性越强,溶质场不均匀越明显. 展开更多

关键词 相场 TI-6AL-4V 界面能各向异性 α相片层 成分场

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Mg-Al合金Mg_(17)Al_(12)连续析出相形貌的相场模拟 被引量：5

5

作者 韩国民 韩志强 +2 位作者 AlanA.Luo AnilK.Sachdev 柳百成 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期277-283,共7页

基于KKS相场模型模拟了Mg-Al合金Mg_(17)Al_(12)单个连续析出相的形貌演化.相场模型中,各相自由能及化学势由Thermo-Calc热力学计算软件计算.构造各向异性函数时考虑了界面能各向异性的影响,基于Khachaturyan微观弹性应变能理论考虑了... 基于KKS相场模型模拟了Mg-Al合金Mg_(17)Al_(12)单个连续析出相的形貌演化.相场模型中,各相自由能及化学势由Thermo-Calc热力学计算软件计算.构造各向异性函数时考虑了界面能各向异性的影响,基于Khachaturyan微观弹性应变能理论考虑了微观弹性应变能的影响.结果表明:仅考虑界面能各向异性不考虑微观弹性应变能,析出相呈板条状形貌;仅考虑微观弹性应变能不考虑界面能各向异性,析出相呈菱形:综合考虑界面能各向异性和微观弹性应变能,析出相呈板条状形貌,端部呈平行四边形,此形貌特征与实验观察结果吻合;界面能各向异性决定析出相的板条状形貌特征,微观弹性应变能导致端部产生平行四边形特征. 展开更多

关键词 MG-AL合金 连续析出相 形貌演化 热力学计算 界面能各向异性 微观弹性应变能 相场模型

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试样厚度对共晶组织形态的影响 被引量：5

6

作者 孟广慧 林鑫 +1 位作者 杜立成 黄卫东 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期459-464,共6页

采用透明模型合金CBr4-11．7％C2Cl6(摩尔分数),对共晶合金定向凝固界面演化进行了实时观察,研究了初始非稳态凝固过程中试样厚度对于共晶合金界面能各向异性效应及层片间距调整机制的影响规律．结果表明,共晶界面能各向异性效应和层片... 采用透明模型合金CBr4-11．7％C2Cl6(摩尔分数),对共晶合金定向凝固界面演化进行了实时观察,研究了初始非稳态凝固过程中试样厚度对于共晶合金界面能各向异性效应及层片间距调整机制的影响规律．结果表明,共晶界面能各向异性效应和层片调节机制与试样厚度显著相关．试样厚度大于48μm时,试样厚度对界面能各向异性的影响可以忽略;当试样厚度为48μm或更小时,界面能各向异性的效应开始显现,由于初始晶粒的取向不同,部分层片偏离温度梯度方向生长;当试样厚度为16μm时,层片间距的调整由初始的多层调节机制转变为准二维调节机制． 展开更多

关键词 共晶合金CBr4-11.7%C2Cl6 层片间距 界面能各向异性 试样厚度

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速冻保鲜过程中冰晶生长形态研究 被引量：4

7

作者 杨燕 李娜 袁训锋 《食品与发酵科技》 CAS 2020年第5期55-59,共5页

为了研究速冻保鲜过程中冰晶形成的微观机理,降低冰晶形态对细胞组织结构的破坏程度,以细胞溶液为研究对象,采用五重对称弱各向异性条件相场模型,再现过冷溶体中的冰晶形态演化过程,分析了不同各向异性条件下的冰晶形态演化规律。结果表... 为了研究速冻保鲜过程中冰晶形成的微观机理,降低冰晶形态对细胞组织结构的破坏程度,以细胞溶液为研究对象,采用五重对称弱各向异性条件相场模型,再现过冷溶体中的冰晶形态演化过程,分析了不同各向异性条件下的冰晶形态演化规律。结果表明:界面动力学各向异性或界面能各向异性单独存在时,优先生长方向[100]和[100]快速发展成冰晶主枝,主枝根部受溶质和热量富集影响形成“缩颈”,冰晶整体为五角星状。在界面能各向异性εc为0.02时,随着界面动力学各向异性强度的增加,界面能和界面动力学各向异性交互作用,优先生长方向由[100]逐渐向[100]转变,冰晶整体为薄圆冰盘状。 展开更多

关键词 相场模型 冰晶生长形态 界面能各向异性 界面动力学各向异性 五重对称

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界面能各向异性对定向凝固枝晶生长的影响 被引量：3

8

作者 张云鹏 林鑫 +3 位作者 魏雷 彭东剑 王猛 黄卫东 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第17期501-508,共8页

采用元胞自动机(cellular automaton,CA)模型研究了界面能各向异性对二维定向凝固枝晶生长的影响.模拟结果显示当晶体的择优生长方向与热流方向一致时,随着界面能各向异性强度的增大,凝固组织形态由弱界面能各向异性时的海藻晶转变为强... 采用元胞自动机(cellular automaton,CA)模型研究了界面能各向异性对二维定向凝固枝晶生长的影响.模拟结果显示当晶体的择优生长方向与热流方向一致时,随着界面能各向异性强度的增大,凝固组织形态由弱界面能各向异性时的海藻晶转变为强界面能各向异性时的树枝晶.同时,界面能各向异性强度会影响稳态枝晶尖端状态的选择,界面能各向异性越强,定向凝固稳态枝晶尖端半径越小,尖端界面前沿的液相浓度和过冷度越小.稳态枝晶生长的尖端状态选择参数与界面能各向异性强度也存在标度律的指数关系,而枝晶一次间距则受界面能各向异性强度影响较弱.当晶体的择优生长方向与热流方向呈40夹角时随着界面能各向异性强度的增大,凝固组织形态由海藻晶逐渐转变为退化枝晶,后又逐渐转变为倾斜枝晶. 展开更多

关键词 元胞自动机 枝晶 界面能各向异性

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界面追踪法研究界面能各向异性对定向凝固枝晶生长的影响 被引量：3

9

作者 彭东剑 林鑫 +3 位作者 张云鹏 郭雄 王猛 黄卫东 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期365-371,共7页

运用基于界面追踪法的数值自洽模型研究了界面能各向异性对定向凝固枝晶生长的影响.模拟结果表明,对于给定的凝固条件,对应不同的一次间距Peclect数范围,存在2个不同的界面形态解区间,其中较小的间距Peclect数解区间对应的界面形态类似... 运用基于界面追踪法的数值自洽模型研究了界面能各向异性对定向凝固枝晶生长的影响.模拟结果表明,对于给定的凝固条件,对应不同的一次间距Peclect数范围,存在2个不同的界面形态解区间,其中较小的间距Peclect数解区间对应的界面形态类似胞状晶,较大的间距Peclect数解区间对应的界面形态类似枝状晶,界面能各向异性的增大有利于枝晶解区间的扩大.同时,枝晶生长的尖端临界稳定性参数σ~*与界面能各向异性参数E_4存在幂指数关系,并基于Fisher枝晶扩散解,得到包含界面能各向异性参数的枝晶尖端半径表达式:R_(IMS)=2.5646[(?)]^(0.5)E_4^(-0.1905),ΔT_0=mC_0(k_0-1)/k_0;界面能各向异性增大,枝晶生长界面前沿过冷度减小.枝晶生长稳态一次间距的选择主要取决于枝晶间溶质扩散场的相互作用,而由于界面能各向异性在枝晶尖端作用的局域化,使得界面能各向异性对定向凝固稳态一次枝晶间距影响较小. 展开更多

关键词 界面能各向异性 定向凝固 枝晶尖端半径 一次间距

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Al-Si和Al-Si-Sc合金晶体-熔体界面能的各向异性 被引量：2

10

作者 王涛 陈晓华 王自东 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期1566-1571,共6页

平衡液滴法(equilibrium shape measurement)是一种确定晶体-熔体界面能各向异性参数的有效方法。利用平衡液滴法测量单相固体中夹带的平衡液滴的形状,得到了Al-Si和Al-Si-Sc合金的界面能各向异性参数计算值。通过定向凝固方法制备Al-2... 平衡液滴法(equilibrium shape measurement)是一种确定晶体-熔体界面能各向异性参数的有效方法。利用平衡液滴法测量单相固体中夹带的平衡液滴的形状,得到了Al-Si和Al-Si-Sc合金的界面能各向异性参数计算值。通过定向凝固方法制备Al-2%Si和Al-2%Si-0.2%Sc(质量分数,下同)合金杆状试样,使用光学显微镜表征Al-2%Si和Al-2%Si-0.2%Sc合金内部液滴手工连续磨样抛光后多个二维截面形状,计算了二维界面能各向异性参数的大小。利用聚焦离子束(focused ion beam,FIB)技术连续切割了Al-2%Si合金内部液滴,并用Image-J软件重构液滴三维形状,获得了三维界面能各向异性参数值(ε_1=0.0795,ε_2=–0.0056),并且绘制了三维界面能分布和界面刚度的分布图。在此基础上,讨论了平衡温度和Sc元素对界面能各向异性参数的影响。结果表明,对于Al-Si合金,平衡温度为595℃时液滴成分为Al-10.12%Si,金属液中的初生α-Al具有大小为0.0202的界面能各向异性值,而对于Al-Si-Sc合金,平衡温度为595℃时液滴成分为Al-10.08%Si-0.11%Sc(质量分数),金属液中的初生α-Al具有大小为0.0193的界面能各向异性值。 展开更多

关键词 AL-SI合金 Al-Si-Sc合金 界面能各向异性 聚焦离子束(FIB)切割技术

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Al-Zn合金等轴晶生长的三维相场法模拟 被引量：2

11

作者 王鸿 赵宇宏 +2 位作者 张冰 陈伟鹏 侯华 《铸造技术》 CAS 2018年第4期760-764,768,共6页

采用耦合了溶质场与热扰动的三维相场模型,对Al-Zn合金凝固过程中的等轴晶生长进行了模拟,研究了界面能各向异性参数、热扰动对枝晶生长的影响。结果表明,界面能各向异性参数改变会引发枝晶取向转变现象;热扰动的加入会促发二次枝晶的产... 采用耦合了溶质场与热扰动的三维相场模型,对Al-Zn合金凝固过程中的等轴晶生长进行了模拟,研究了界面能各向异性参数、热扰动对枝晶生长的影响。结果表明,界面能各向异性参数改变会引发枝晶取向转变现象;热扰动的加入会促发二次枝晶的产生,但不改变枝晶尖端的稳态行为。随着热扰动幅值增大,二次枝晶幅值增大,二次枝晶间距无明显变化。 展开更多

关键词 相场法 界面能各向异性 热扰动 枝晶取向转变

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界面各向异性对速冻保鲜过程中冰晶生长行为的影响 被引量：1

12

作者 杨燕 李娜 袁训锋 《食品与发酵科技》 CAS 2021年第4期86-90,共5页

在速冻保鲜过程中,界面各向异性显著影响冰晶生长行为。采用相场模型再现细胞溶液中水分凝结形成冰晶的过程,从界面能和界面动力学两个方面探讨各向异性对冰晶生长行为的影响规律。结果表明:仅有界面能各向异性作用时晶粒中心沿着[100]... 在速冻保鲜过程中,界面各向异性显著影响冰晶生长行为。采用相场模型再现细胞溶液中水分凝结形成冰晶的过程,从界面能和界面动力学两个方面探讨各向异性对冰晶生长行为的影响规律。结果表明:仅有界面能各向异性作用时晶粒中心沿着[100]向外延伸形成五重对称冰晶主枝,仅有界面动力学各向异性作用时晶粒中心沿着[100]向外延伸形成五重对称冰晶主枝,界面动力学对冰晶形态的影响比界面能更显著。界面能与界面动力学各向异性共存时模拟结果与冰晶实际形貌一致,晶粒中心存在紧实的固相区且边缘向外延伸出冰晶主枝,主枝上出现侧向分支,侧向分支彼此竞争生长;随着冷冻时间推移,晶粒形貌由冰球体经五边形冰盘向五重对称树枝状冰晶转变。 展开更多

关键词 相场模型 冰晶生长 界面动力学各向异性 界面能各向异性 五重对称

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高熔点金属Ir和Mo电子束区熔中不同取向晶体的竞争生长

13

作者 李双明 王斌强 +4 位作者 刘振鹏 钟宏 胡锐 刘毅 罗锡明 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期1435-1441,共7页

通过分析bcc结构金属Mo和fcc结构金属Ir电子束区熔中3种不同取向[100]、[110]和[111]晶体生长,发现金属Mo在平界面凝固下会以[110]取向择优生长,而在凸界面下可能存在[100]和[110] 2种择优生长方向,取决于界面能各向异性参数a1和a2的相... 通过分析bcc结构金属Mo和fcc结构金属Ir电子束区熔中3种不同取向[100]、[110]和[111]晶体生长,发现金属Mo在平界面凝固下会以[110]取向择优生长,而在凸界面下可能存在[100]和[110] 2种择优生长方向,取决于界面能各向异性参数a1和a2的相对大小,说明电子束区熔中金属Mo单晶通常呈现[110]择优取向,而不是通常认为的[100]择优取向。无论是在平界面还是凸界面下,fcc结构高熔点金属Ir始终以[100]择优取向生长,并通过Ir单晶生长实验得到验证。电子束区熔下需综合考虑晶体生长曲率过冷度和动力学过冷度的影响,小尺寸试样(晶粒尺寸在毫米量级及以下)中晶向选择和淘汰取决于曲率过冷度;大尺寸试样(晶粒尺寸在厘米量级及以上)的晶向选择和淘汰主要依靠动力学过冷度。 展开更多

关键词 电子束区熔 晶粒竞争生长 界面能各向异性 择优取向

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0.29V-0.09Ta RAFM钢辐照条件下空洞演化的实验和理论研究

14

作者 夏礼栋 霍晓杰 +2 位作者 陈浩 杨志刚 张弛 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1139-1145,共7页

为研究辐照条件下空洞的演化,分别在200,350和550℃对低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)进行He离子辐照。实验结果显示,辐照损伤沿深度呈钟型分布,空洞的尺寸和密度均与空位产生率正相关。随着辐照温度升高,空洞的尺寸增大,密度降低,高温下... 为研究辐照条件下空洞的演化,分别在200,350和550℃对低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)进行He离子辐照。实验结果显示,辐照损伤沿深度呈钟型分布,空洞的尺寸和密度均与空位产生率正相关。随着辐照温度升高,空洞的尺寸增大,密度降低,高温下可以观察到空洞在晶界的聚集和无空洞区(VDZs),在550℃可以观察到方形空洞。使用相场模型模拟空洞的演化机制,模拟结果显示,辐照条件下空洞演化可以分为孕育、形核和生长3个阶段,空洞界面能的各项异性是空洞形状的可能原因。 展开更多

关键词 低活化铁素体马氏体 辐照空洞 相场 界面能各向异性

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含柱状包裹体截面晶体实验数据的界面能各向异性计算方法（英文）

15

作者 GARMASHOV S I PROTSENKO V V 《应用数学与计算数学学报》 2018年第2期190-201,共12页

给出了两种计算界面能各向异性的计算方法.这些方法是基于在定常温度场中温度梯度作用下,通过对含柱状包裹体截面的晶体数值模拟分析而提出的.文中讨论了新方法的误差分析及适用范围.同时,对选择合适的处理含柱状包裹体截面参数给出了... 给出了两种计算界面能各向异性的计算方法.这些方法是基于在定常温度场中温度梯度作用下,通过对含柱状包裹体截面的晶体数值模拟分析而提出的.文中讨论了新方法的误差分析及适用范围.同时,对选择合适的处理含柱状包裹体截面参数给出了一些建议. 展开更多

关键词 界面能各向异性 平衡晶体形状 热迁移 液体包裹体 内插 外推

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硅材料界面形态演化过程的相场法研究 被引量：2

16

作者 刘宝盈 周颖 《铸造技术》 CAS 北大核心 2016年第11期2326-2330,共5页

采用有限差分法求解高界面能各向异性的相场模型,对硅材料晶粒生长过程进行模拟,分析了界面能各向异性强度和过冷度对界面形态演化的影响。结果表明:在高界面能各向异性下,硅晶粒为典型小平面枝晶形态,模拟结果和实验结果吻合。随着界... 采用有限差分法求解高界面能各向异性的相场模型,对硅材料晶粒生长过程进行模拟,分析了界面能各向异性强度和过冷度对界面形态演化的影响。结果表明:在高界面能各向异性下,硅晶粒为典型小平面枝晶形态,模拟结果和实验结果吻合。随着界面能各向异性强度的增大,晶粒界面形态由类球状经光滑枝晶向小平面枝晶转变;随着过冷度的增加,晶粒界面形态由类矩形向小平面枝晶转变。Y轴正方向晶粒长度在界面能各向异性强度为0.15和0.1时相当,Y轴正方向晶粒尖端温度在界面能各向异性强度为0.15时略高于界面能各向异性强度为0.1时的值。 展开更多

关键词 相场法 界面形态 硅材料 界面能各向异性强度 过冷度

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