Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu phương pháp phase-field-lattice Boltzmann cho sự phát triển eutectic lamellar trong quá trình nóng chảy có đối lưu tự nhiên
Tóm tắt
Trong nghiên cứu hiện tại, ảnh hưởng của đối lưu tự nhiên lên sự phát triển eutectic lamellar được xác định thông qua nghiên cứu phương pháp phase-field-lattice Boltzmann cho hợp kim eutectic Al-Cu. Sự khác biệt về khối lượng do sự khác biệt về nồng độ đã dẫn đến dòng chảy của chất lỏng, và một thuật toán tinh chỉnh lưới song song và thích ứng mạnh mẽ đã được áp dụng để cải thiện hiệu quả tính toán mà không ảnh hưởng đến độ chính xác. Kết quả cho thấy sự tồn tại của đối lưu tự nhiên sẽ ảnh hưởng đến sự giảm nhiệt độ phát triển và do đó kiểm soát hình dạng bề mặt bằng cách điều chỉnh chiều rộng lamellar. Đặc biệt, bằng cách thay đổi độ lớn của hệ số giãn nở của chất tan, cường độ của đối lưu tự nhiên đã được thay đổi. Các mô hình vi cấu trúc tương ứng được thảo luận và so sánh với các điều kiện không có đối lưu.
Từ khóa
#đối lưu tự nhiên #phát triển eutectic lamellar #hợp kim Al-Cu #phương pháp phase-field #thuật toán tinh chỉnh lướiTài liệu tham khảo
Dantzig J A, Rappaz M. Solidification. Lausanne: EPFL Press, 2009.
Akamatsu S, Plapp M. Eutectic and peritectic solidification patterns. Current Opinion in Solid State and Materials Science, 2016, 20(1): 46–54.
Jackson K A, Hunt J D. Lamellar and rod eutectic growth. Trans. Metall. Soc. AIME, 1966, 236: 1129–1142.
Xu Qingyan, Feng Weiming, Liu Baicheng, et al. Numerical simulation of dendrite growth of aluminum alloy. Acta Metall. Sin., 2002, 38(8): 799–803. (In Chinese)
Fu Zhen-Nan F, Xu Qing-Yan, Xiong Shou-Mei. Numerical simulation on dendrite growth process of Mg alloy using cellular automaton method based on probability capturing model. Chin. J. Nonferrous Met., 2007, 17(10): 1567–1573. (In Chinese)
Guo Z, Mi J, Xiong S, et al. Phase field simulation of binary alloy dendrite growth under thermal-and forcedflow fields: an implementation of the parallel–multigrid approach. Metall. Mater. Trans. B, 2013, 44(4): 924–937.
Yang M, Xiong S M, Guo Z. Characterisation of the 3-D dendrite morphology of magnesium alloys using synchrotron X-ray tomography and 3-D phase-field modelling. Acta Mater., 2015, 92: 8–17.
Wang W M, Liu Z G, Liu J M, et al. Eutectic patterns with weak convection in binary systems. J. Cryst. Growth, 2002, 240(1): 313–320.
Guo Z, Xiong S M. On solving the 3-D phase field equations by employing a parallel-adaptive mesh refinement (Para-AMR) algorithm. Comput. Phys. Commun., 2015, 190: 89–97.
Zhang A, Guo Z, Xiong S M. Eutectic pattern transition under different temperature gradients: A phase field study coupled with the parallel adaptive-mesh-refinement algorithm. J. Appl. Phys., 2017, 121(12): 125101.
Medvedev D, Kassner K. Lattice Boltzmann scheme for crystal growth in external flows. Phys. Rev. E, 2005, 72(5 Pt 2): 56703.
Sun D, Zhu M, Pan S, et al. Lattice Boltzmann modeling of dendritic growth in a forced melt convection. Acta Mater., 2009, 57(6): 1755–1767.
Rojas R, Takaki T, Ohno M. A phase-field-lattice Boltzmann method for modeling motion and growth of a dendrite for binary alloy solidification in the presence of melt convection. J. Comput. Phys., 2015, 298: 29–40.
Gyoon Kim S, Tae Kim W, Suzuki T, et al. Phase-field modeling of eutectic solidification. J. Cryst. Growth, 2004, 261(1): 135–158.
Raabe D. Overview of the lattice Boltzmann method for nanoand microscale fluid dynamics in materials science and engineering. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng., 2004, 12(6): R13–R46.
Tong X, Beckermann C, Karma A, et al. Phase-field simulations of dendritic crystal growth in a forced flow. Phys. Rev. E, 2001, 63(6 Pt 1): 61601.
Beckermann C, Diepers H J, Steinbach I, et al. Modeling melt convection in phase-field simulations of solidification. J. Comput. Phys., 1999, 154(2): 468–496.
Takaki T, Rojas R, Sakane S, et al. Phase-field-lattice Boltzmann studies for dendritic growth with natural convection. J. Cryst. Growth, 2017, 474(15): 146–153.
Gündüz M, Hunt J D. The measurement of solid-liquid surface energies in the Al-Cu, Al-Si and Pb-Sn systems. Acta Mater., 1985, 33(9): 1651–1672.
Maraşli N, Hunt J D. Solid-liquid surface energies in the Al-CuAl2, Al-NiAl3 and Al-Ti systems. Acta Mater., 1996, 44(3): 1085–1096.
Cao Y F, Chen Y, Li D Z, et al. Comparison of Channel Segregation Formation in Model Alloys and Steels via Numerical Simulations. Metall. Mater. Trans. A, 2016, 47(6): 2927–2939.
Datye V, Langer J S. Stability of thin lamellar eutectic growth. Phys. Rev. B. 1981, 24(8): 4155–4169.
Lee J H, Liu S, Trivedi R. The effect of fluid flow on eutectic growth. Metall. Mater. Trans. A, 2005, 36(11): 3111–3125.