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凝固偏析匀化数模及动力学控制论

张丁非  
【摘要】:本论文尝试一种在满足热力学条件下以动力学控制相变过程从而控制金属材料物理冶金质量的方法。鉴于枝晶偏析对熔铸材料组织和性能影响的普遍性与重要性,需要建立准确的枝晶偏析扩散均匀化数学模型,以便找出冶金质量控制参数。以Fe-C-Mn-Si系合金凝固所存在的枝晶偏析为实例,分析扩散传质动力学对材料组织结构和性能的控制性作用。 首先,根据枝晶凝固后的溶质浓度方程和实际的浓度分布测定,确立高斯分布方程而不是正弦分布方程作为枝晶偏析扩散均匀化的数学模型。对单个枝晶而言,其扩散组元的浓度分布方程为: 然后,经过适当的数学处理可得到(2n+1)个相互间距不同和几何形状各异的偏析枝晶的浓度分布方程: 该方程能描述任意形状及分布的枝晶偏析溶质浓度分布,克服了原枝晶偏析正弦分布模型对周期性,上下限及单曲线形状的苛刻要求。该数学模型将溶质偏析量S引入控制参数,能分析预测偏析网状组织的变化规律,是熔铸合金组织和性能控制的动力学依据。 分析认为枝晶偏析带在纵横交错的复杂三维网络中相互交截而形成似近的多面体球壳状,其枝晶偏析在三维条件下的溶质浓度分布表达式为: 铸态低碳试验合金退火处理后会出现一种网状分布的黑色组织,透射电镜观察证明其


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