张超彦，秋　艳，佟乐乐

（1.徐州工业职业技术学院，江苏徐州221100；2.中北大学材料学院，山西太原030051）

·企业管理·

Fe-C等温凝固中的枝晶生长的溶质俘获相场法模拟

张超彦1，秋艳1，佟乐乐2

（1.徐州工业职业技术学院，江苏徐州221100；2.中北大学材料学院，山西太原030051）

采用模拟相场法模拟了C的质量分数为1%的铁碳合金等温凝固过程中枝晶生长和溶质分布及溶质俘获对其的影响，研究枝晶尖端半径大小和生长速度之间的关系。结果表明，初始枝晶的溶质浓度最低，二次枝晶之间的区域溶质浓度最高。枝晶生长包括生长和成熟阶段，枝晶的尖端半径大小与生长速度成反比。受溶质俘获的影响，枝晶上的溶质浓度有波动。

相场法；枝晶生长；溶质俘获

Fe-C合金是广泛使用的工程材料，其在高温下的微观组织对力学性能有很强的影响，目前在高温下直接观察凝固过程比较困难[1]。随着计算机科学和凝固理论的发展，通过计算机的计算来模拟凝固过程已成为一种有效的材料模拟方法。

相场法模拟基于Ginzburg-Landau理论，通常被用来模拟枝晶生长[2]。相场法是解决复杂凝固过程的一种有效方式，目前已得到广泛的应用[3]。Kim在KKS模型下模拟了Fe-C合金在等温条件下的枝晶生长[4]。Wanli Qiu[5]、Yan’eNiu用相场模型研究过冷度、各向异性、界面宽度和方向的选择对Fe-C合金的凝固过程的影响[6]。YuXie通过Karma相场模型研究了Fe-C合金的定向凝固[7]。

在本次研究中，采用由Ohno和Matsuura开发的相场模型进行模拟[8]，该模型是基于Karma的固相/液相薄界面的相场模型[9-10]，引入溶质俘获，使其能较好地模拟枝晶生长过程和溶质浓度分布。……