镍基高温合金定向凝固过程枝晶组织相场模拟研究
【摘要】 镍基高温合金是一类重要的高温结构材料，其铸态组织尤其是枝晶组织对最终的性能有重要影响。开发了耦合热力学数据库的相场模型，用于模拟多元镍基高温合金的枝晶生长过程。使用了GPU（GraphicsProcessingUnit）来加速相场计算，以实现大尺度范围下的凝固组织相场模拟。对定向凝固单晶枝晶生长进行了模拟研究，结果表明从基底形成枝晶臂经历了从瞬态生长到稳态生长的过程，且整个过程受到传热与溶质扩散的控制。对定向凝固双晶竞争生长（θ=±15°）进行了模拟研究，其中发散型枝晶生长中择优取向枝晶能竞争掉非择优取向的枝晶使得晶界发生移动，而汇聚型枝晶生长中晶界保持不变。最后研究了自然对流对枝晶生长的影响，并将模拟得到元素偏析结果与试验结果进行了对比，发现吻合较好。
