《铸造技术》

文章标题:钛铝合金包晶相变的多相场模拟研究

文章作者:许海生1,张金虎1,王锦程2,徐东生1
关 键 字:多相场模型;凝固;钛铝合金;包晶相变
文章摘要:
包晶相变使传统钛铝合金在铸造过程中极易出现成分偏析、显微组织粗大等现象,导致塑性较差且各向异 性明显,显著影响了钛铝合金的使役性能。为深入理解包晶相变过程并进一步合理调控微观组织,本文建立了适用于可 描述钛铝合金包晶相变的多相场模型,基于定量化多相自由能输入、多相界面处理、考虑反溶质截流及相界面处虚拟相 成分的简化计算策略,针对Ti-45Al(原子分数)合金的包晶相变过程,主要研究了过冷度对包晶相变时微观组织演变的 影响规律。研究发现,发生包晶反应(β+L→α)时,α相沿着β/L界面快速增长。考虑到α向L与β相的生长速度存在差 异,使得α相片层生长时表现出非对称性。包晶转变过程由扩散控制,α/L、α/β相界面的迁移满足xij =Aij t1/2规律。随着过 冷度增大,两种相界面迁移速率均增大,且α/L界面迁移速率的增幅较为显著;较低过冷度下,在α片层前端可见β相 的重熔现象。 增大过冷度后,其重熔现象逐渐消失,但L/β/α三相区的形状保持不变。 三相交界区域形状主要由界面能 (界面张力)之间的平衡决定,而与界面迁移速率的差异无关。