颗粒对Al-4.5 wt% Cu合金定向凝固汇聚生长的元胞自动机模拟研究

定向凝固是制备单晶的重要技术之一,被广泛应用于航空航天、能源、电子、医疗器械等领域。但是在定向凝固过程中难免会出现杂晶、夹杂等缺陷,因此研究颗粒对枝晶竞争生长机制的影响对制备高品质单晶试样具有重要意义。基于欧拉多相流模型与元胞自动机方法,通过构建Al-4.5 wt%Cu合金枝晶生长模型,比较不同取向枝晶在相同条件下获得的枝晶前沿溶质分布和枝晶长度差异来验证模型的可靠性,然后开展了定向凝固双晶粒凝固组织演化和颗粒对枝晶生长影响的研究。模拟结果表明,无颗粒影响的汇聚竞争生长中非择优取向枝晶压制择优取向枝晶生长,再现了反常淘汰现象。但是通过将颗粒引入合金定向凝固汇聚生长的晶界附近后,颗粒的存在干扰了非择优生长取向枝晶生长,亦可提高择优取向枝晶生长稳定性,实现了对反常淘汰现象的控制。