一、金属过冷熔体等轴枝晶生长的相场方法研究（论文文献综述）
石钦[1]（2021）在《CA法模拟铁素体不锈钢凝固过程中的形核和长大行为》文中研究指明液态金属的凝固过程涉及到宏/微观不同尺度复杂的物理变化,研究金属材料的凝固过程对理解组织形成原理、改善优化工艺具有重要的意义。凝固过程的宏/微观之间常常伴随着温度场不均匀分布、熔体流场紊流效应、枝晶的形核和生长等,通过不同的数值模型可以揭示上述复杂的反应过程,再现凝固的宏观物理场分布和微观组织场的动态演化过程。本文基于振动激发金属液形核技术,采用元胞自动机（Celluar Auotomaton,CA）方法建立了铁素体不锈钢Cr17的二维凝固组织模型,同时耦合宏观温度场研究了熔体微观区域枝晶的形核和长大行为。论文的主要内容和结果如下:结合显式有限差分方法（Finite difference method,FDM）和元胞自动机模型建立了枝晶生长的CA-FDM算法,综合考虑以溶质扩散为主要驱动力的生长动力学机制,包含溶质成分过冷、曲率过冷、界面能各向异性函数对枝晶生长的影响。通过优化曲率算法并采用Zigzag元胞捕获规则,降低了CA算法的网格各向异性问题。通过耦合宏观温度场,采用异质形核模型、微观枝晶生长算法,模拟了振动激发金属液形核技术工艺参数对微观组织的影响,揭示了晶核发生器表面微观区域内枝晶的竞争生长过程;分析了晶核发生器表面过冷度和振动频率对内部等轴晶区域的占比、等轴晶平均晶粒尺寸大小、柱状晶区长度等的影响。随着晶核发生器振动频率的增加,熔体中加剧的不规则紊流效应有利于枝晶的碎断和迁移,增加了熔体中异质晶核数量,有效促进了柱状晶向等轴晶的转变过程。晶核发生器振动频率为1000 Hz、表面过冷度为300～400 K时,熔体中温度梯度小,柱状晶前沿形成较宽的溶质过冷区,有利于柱状晶向等轴晶转变;当过冷度继续增大,熔体中温度梯度增加,柱状晶前沿的等轴晶形核区域范围减小,利于柱状晶的定向生长。当过冷度一定时,提高振动频率有利于等轴晶区域扩大,柱状晶区域发展被限制。其主要原因为:随着振动外力的增强,熔体中的对流搅拌作用增强,初生的枝晶在外力作用下破碎,在后续的凝固过程中枝晶碎片作为异质形核衬底,对流作用的增强能够降低了熔体中的温度梯度,使大部分熔体达到异质形核的过冷度。
张迪[2]（2021）在《Ni-Sn合金枝晶生长的相场法模拟》文中指出Ni-Sn合金因其良好的耐高温和耐腐蚀性能,在航空航天、化工、机械等领域应用广泛。Ni-Sn合金的性能主要取决于其微观组织形态,即枝晶的形貌与取向。其枝晶的形貌和生长取向受到多种因素的影响,目前,对Ni-Sn合金枝晶生长的描述以及多样性等问题的研究比较缺乏。常用于模拟微观组织的模型有:确定性方法、随机方法以及相场法。相场法由于能够有效的描述系统在非平衡状态下所形成的复杂相界面的演变,不用跟踪其固液界面区域的形态,就能模拟金属凝固时其枝晶界面演化的复杂形貌,是当前凝固微观组织模拟研究的主流方法。本文采用相场模型模拟了Ni-Sn合金二维枝晶生长过程,并在模拟中加热扰动,对枝晶的微观偏析进行计算。随着过冷度系数的增大,枝晶生长更发达,一次枝晶主干上生长出更多的二次枝晶,微观偏析也更严重。发现当过冷度系数增大至0.54时,枝晶生长速度突增,Ni3Sn相跃迁生长,是造成Ni-Sn合金枝晶发生异常生长的原因。模拟了不同界面厚度下Ni-Sn合金的二维枝晶形貌,随着界面厚度的减小,固相中的溶质更容易扩散到液相中,导致枝晶尖端的生长速率变大,尖端曲率半径减小,促进了枝晶的生长和三次枝晶的出现和生长。为了更符合实际的枝晶生长情况,在模型中加入修正界面厚度的参数。随着影响系数的值增大,枝晶尖端部分界面厚度逐渐减小而枝晶交界处的界面厚度则逐渐增大。使得枝晶尖端的生长速度迅速增加,枝晶尖端的曲率半径相应减小。利用三维相场模型,模拟了界面能各向异性参数和过饱和度对Ni-Sn合金等轴枝晶形貌演化过程的影响:随着界面能各向异性参数eps的减小,Ni-Sn合金枝晶的择优生长取向由<100>方向逐渐转变为<110>方向;过饱和度的增加会增大微观偏析程度和增加主枝晶尖端速度。
巩桐兆[3]（2021）在《合金凝固组织大尺度定量相场模拟与原位观察》文中认为金属材料的微观组织决定着其服役性能,而材料的最终组织状态与凝固过程密切相关。枝晶作为最常见的一种凝固微观组织,其形貌、尺寸以及溶质分布直接影响着最终铸件的质量。因此,深刻理解枝晶生长过程并采取适当的工艺加以调控,从而获得满足预期性能的铸件,是材料科学和冶金工程领域长期关注的问题。为了研究凝固微观组织演化过程,目前已发展出了一系列数值模拟方法,其中相场方法由于避免了显式地追踪形貌复杂的固-液界面而成为模拟枝晶生长的常用方法。然而受限于计算效率低的问题,目前大尺度定量相场模拟仍旧是一个极大的挑战。为提高相场模拟效率,实现凝固组织的大尺度定量相场模拟,本文构建了合金多晶凝固快速计算相场模型及高效率数值算法。同时,结合同步辐射X射线原位实时观察凝固实验,准确高效地再现了实验中合金凝固过程,并深入研究了溶质微观偏析和等轴晶生长动力学等凝固基础科学问题。主要研究内容和结论如下:（1）通过扩散界面模型的数学非线性预条件处理,将值在固相和液相为常数而在固-液界面区域非线性变化的相场变量,转换为在整个计算域内线性变化的新变量,使得定量相场模拟中的界面处网格尺寸分别增大至原始相场模型所需界面网格尺寸的2～4倍,从而极大地减少了计算量。对于多晶凝固问题,提出了一种高效率的取向界面前沿追踪法,避免了传统向量相场模型中复杂取向场控制方程的求解,使得多晶模拟效率提高了几个数量级。进一步地,在数值计算方法上,开发了二维（2D）和三维（3D）大规模并行自适应网格有限元法,用于高效率地求解相场控制方程。基于上述模型和数值计算方法,仅在普通工作站上便将2D和3D定量相场模拟的空间尺度分别扩大至厘米和毫米级别,并且可模拟的晶粒数量分别达到103和102数量级。（2）为明确枝晶生长2D和3D模拟的定量差别,基于已开发的高效率相场模型和计算方法,研究了纯扩散和强制流动作用下二元合金等轴晶的生长过程,定量比较了 2D和3D相场模拟的枝晶尖端生长动力学、形貌和溶质分布的差异。研究表明,由于溶质扩散和液相流动在3D空间具有更高的自由度,枝晶臂尖端前沿液相中富集的溶质可以更容易地扩散和跟随液体流动而被输运至其它液相区域,因此迎流侧枝晶臂尖端固-液界面液相侧溶质成分较低、浓度梯度较高、溶质边界层厚度较小,导致尖端生长速率较高而尖端半径较小。此外,3D和2D模拟中的尖端生长速率比值和尖端半径比值均不为常数,而是随过饱和度和液体入流速度在一个较大范围内变化。同时这两个比值均可以表示为生长Peclet数比值的幂函数。提高过饱和度和液体入流速度均可以减小2D和3D模拟结果的差异,但不能将其完全消除。（3）采用相场方法模拟了连续冷却条件下Al-Cu合金凝固过程,分析了晶粒细化、冷速和固相背扩散对凝固过程溶质微观偏析的影响。研究表明,对于具有置换型溶质元素合金体系的慢速凝固而言,晶粒细化、冷速和固相背扩散均不是影响微观偏析的关键因素。不同上述影响因素的模拟中,液相平均溶质成分和最大成分,以及固相分数和偏析指数,均不存在显着差异,并且处于杠杆定律和Scheil方程的预测之间。此外,根据相场模拟结果构建了一个微观偏析新模型。相较于现有的微观偏析模型,新模型可以更准确地预测凝固末期固相分数接近1时的液相溶质成分,同时保留了与杠杆定律和Scheil方程一致的简单易用性,便于植入CALPHAD软件和铸件宏观偏析模型中,用于相平衡计算、析出相预测以及宏观偏析相关的模拟计算。（4）采用相场方法结合同步辐射X射线原位实时观察实验,研究了 Al-Cu合金自临界晶核开始至碰撞生长结束全过程中的等轴晶生长动力学。研究表明,除了经典凝固理论所认识的稳态自由生长和碰撞生长之外,在凝固初期还存在着形核控制的生长阶段。该阶段的生长动力学特点:具有临界尺寸的初始晶核在形核过冷度驱动下快速生长,随后在固-液界面前沿富集的溶质影响下,生长速率达到极大值后又逐渐下降至极小值,期间开始发生球晶-枝晶转变。在经历极小值之后,晶体生长速率再次随过冷度的增加而增大,并逐渐进入通常的稳态自由生长阶段。根据形核控制生长阶段的晶体生长动力学演化特点,提出了一种精确测定合金凝固形核过冷度的动力学新方法,以此确定了 Al-Cu合金原位观察凝固实验中各个晶粒的形核过冷度,并开展了与实验样品尺寸相近的大尺度定量相场模拟。模拟结果与原位实时观察实验数据吻合很好,不仅再现了实验中观察到的等轴晶三阶段生长动力学过程,而且也验证了所提出的测定合金凝固形核过冷度新方法的可靠性。
阮莹,胡亮,闫娜,解文军,魏炳波[4]（2020）在《空间材料科学研究进展与未来趋势》文中研究指明空间材料科学是材料科学与空间技术相融合形成的一个交叉学科领域.它萌生于20世纪中期的空间探索实验,伴随着载人航天的迅速发展逐步成长为材料科学中一个相对完整的分支学科.我国即将迎来自己的空间站时代,从而为此新兴学科带来更广阔前景.本文系统总结了最近二十年来国内外在空间环境物理化学特征、空间条件下材料的液态性质与相变动力学、空间材料制备成形过程运动学,以及空间环境中材料组织与性能调控等四方面研究的主要进展,并分析展望了这一学科领域的未来发展趋势.
白羽[5]（2020）在《基于CA-LBM方法的三维晶粒群运动行为的数值模拟研究》文中研究说明在晶体铸件的凝固过程中,熔体中存在着游离枝晶的运动会影响铸件最终微观组织的形貌、尺度及分布。本文通过数值方法对三维等轴晶的运动和生长行为进行了研究,为铸锭中宏观偏析形成机理的研究奠定重要基础。通过分析对比相场法和元胞自动机方法在计算等轴晶运动方面的优缺点,本文选用元胞自动机方法计算Al-4.7%Cu合金铸锭凝固过程中微观组织的生长过程,用LBM计算凝固过程中的动量、热量及质量传输过程,用Ladd方法处理熔体-枝晶尖锐界面间相互作用,用牛顿力学定律求解枝晶的运动速度。将上述几种方法进行耦合,建立了用于模拟晶粒运动的三维CA-LBM模型。随后通过以下算例验证了该模型的准确性:（1）将三维CA-LBM模型计算出的枝晶尖端生长速度与Lipton-Glicksm an-Kurz（LGK）解析解进行对比,以观察所建立模型中的三维CA-LBM方法计算的准确程度。（2）用无限长管道中三维球体颗粒沉降速度的解析解与计算结果对比来验证液固界面相互作用力计算的正确性。（3）通过平动后枝晶形状的变化来检验在计算过程中引入人工误差的程度。在前述基础上,利用本文建立的模型对熔体中三维单枝晶和多枝晶的生长和运动行为进行了计算。本文的研究内容主要有:（1）计算模拟了三维单枝晶在熔体中的生长和运动行为,结果显示枝晶在下落过程中的生长方式与静止时的生长方式不同,运动枝晶在生长过程中上部枝晶尖端生长速度受到抑制,下部尖端生长速度受到促进。（2）分析对比了三维单枝晶运动及生长过程与二维的区别,研究发现:三维枝晶的生长和下落速度更快,且三维空间流体的环绕流动使枝晶受到水平方向的恻向力,枝晶会在水平方向发生移动;由于多了一个扩散方向,三维枝晶凝固过程中溶质可以从枝晶臂侧面环绕排出,大大缩短了扩散距离,而二维条件下溶质只能绕过枝晶臂排出。（3）多枝晶之间由于流场合并、溶质扩散层重叠等相互作用会使枝晶的下落速度减小,即多枝晶的下落速度小于单个枝晶的下落速度。（4）凝固过程中排出的溶质以及潜热会在枝晶间形成溶质浮力和热浮力,进而改变枝晶的运动状态:溶质浮力形成环绕向下的流场从而加速枝晶的下落,而热浮力会形成环绕向上的流场减缓枝晶的下落。
仲军和[6]（2020）在《Fe-C二元合金包晶相变的相场法模拟研究》文中研究表明微观组织的结构决定了铸件在工况条件下使用的性能,因此如何正确有效的控制金属微观组织的形成是很重要的,具有很深的科学研究与工程指导意义。金属在成型的过程中,多种参数对微观组织的生长形貌产生影响,然而该过程是很难用实验的方法去观察。相场法的数值模拟为研究金属成型过程中微观组织的形成提供了有效的条件,可以直接观察微观组织的形成。数值模拟不仅有效的节约了微观组织研究的成本,而且缩短了研究周期,又能定量分析各类参数与微观组织的关系,为研究金属成型过程中的工艺控制提供了理论指导。相场法是一种模拟金属微观组织有效的数值计算方法,能描述微观形貌的演化过程。近年来,相场法模拟研究逐渐从单次相变向多次相变完善,相场模型也在不断地完善,更切合实际的模拟研究金属相变的过程,目前广泛运用于研究材料相变过程中的微观形貌。本研究提出了一个多相场连续相变的模型,以Fe-C二元合金为例,模拟了等轴晶与枝晶状的δ晶粒表面发生包晶相变微观形貌的演化过程,模拟结果表明:等轴状的δ晶粒在包晶相变过程中,γ相偏离液/固界面,向δ相内生长,这是因为界面迁移速率Mγδ>MγL;γ/δ界面溶质富集导致三相节点处的部分δ相熔化,使得（L+δ→γ）发生;等轴状与枝晶状的δ晶粒在液相中包晶相变时,γ相作为一个外壳包围着δ相生长,包晶反应结束后在δ相周围形成一层γ相的核壳,δ相完全被γ相包围之后,包晶相变由包晶反应转变成包晶转变;在等轴状的δ晶粒发生包晶相变时,过冷度影响γ相的生长速度,随着过冷度的增加,包晶反应的驱动力增加,γ相的生长速度加快,γ相包围的δ相量越多;枝晶状的δ相完全被γ相包围之后,膜壳将L相与δ相隔离开来,使得包晶相变由包晶反应变成包晶转变,在随后的包晶转变过程中奥氏体不断生长,最后充满整个模拟区域。包晶转变过程中奥氏体向L相中生长的平均速率要明显大于向δ相铁素体内生长的平均速率,这是因为碳原子在液相中的扩散系数要远大于在固相中的扩散系数;包晶反应速率与奥氏体形核位置的曲率有关,在大曲率界面下形核时,包晶反应的速率快;小曲率界面下形核时,包晶反应的速度慢。形核位置的曲率只对包晶反应的速度有影响,对后期包晶转变过程中奥氏体向L相与δ相铁素体中的生长无明显影响。
任博[7]（2020）在《Stellite 6合金焊接熔池凝固行为的相场模拟》文中提出Stellite 6合金是一种钴基合金,以Co、Cr等为主要构成元素,具有良好耐高温和耐磨损性能,常作为熔覆材料用于表面增强。Stellite 6合金的焊态组织由树枝状的初生固溶体相和分布于树枝间的共晶相组成,其中初生相在宏观尺度上起主要贡献。研究Stellite 6合金的焊接凝固过程,尤其是初生相的凝固结晶过程,对于探究组织形成机理、指导工艺优化有重要意义。本文使用Co-Cr-W-C四元体系的伪二元截面将Stellite 6合金体系转化为伪二元体系,通过二元合金凝固的定量相场模型,模拟分析了焊接条件下的生长过程及其影响因素,论文的主要研究内容及相关结论如下:（1）本文分析了界面毛细作用力以及成分过冷对Stellite 6合金的生长形态及尺寸的影响。界面扰动的发展与Mullins–Sekerka理论有较好的一致性;在焊接条件附近,热源的抽拉速度对于柱状晶一次晶间距的影响要比温度梯度的影响大很多;（2）在尖端过冷较小时的自由枝晶生长过程中,尖端半径倾向于随尖端过冷的增加而减小,尖端速率倾向于随尖端过冷的增加而增加,曲率过冷对尖端过冷的贡献较小;（3）本文提出了直接耦合先验温度场的焊接相场模拟方法,并与基于熔池几何的模拟方法进行了比较。从熔池底部开始生长的晶粒在焊接热源的作用下要经历平面状-胞状-竞争生长-短暂稳态的生长过程。
翟薇,常健,耿德路,魏炳波[8]（2019）在《金属材料凝固过程研究现状与未来展望》文中指出金属凝固作为冶金铸造技术的一个重要工艺过程,经历了从古老技艺向现代科学的漫长演化,于20世纪后半叶发展成为材料科学中一个相对完整的学科领域。随着各种相关高新技术的不断涌现,特别是信息化时代的到来,凝固科学技术正在迅速转型发展。本文系统总结了最近20年来国内外在液态合金的微观结构与物化性质、晶体形核与过程调控、凝固组织形成机理、超常凝固动力学以及新型材料凝固制备成形等五方面研究的主要进展,并分析展望了这一学科领域的未来发展趋势。
尚闪[9]（2018）在《面向多元镁合金压力下凝固微观组织实验研究及相场建模》文中研究说明镁合金是重要的轻量化材料,挤压铸造是制造高性能结构件的先进成形方法,以具有工程应用价值的多元镁合金挤压铸造为应用背景,开展压力下凝固微观组织演化的实验研究及相场建模,对于深入理解压力下凝固机制,预测压力下凝固微观组织,进而指导挤压铸造技术开发具有重要的理论意义和应用价值。本文建立了透明合金压力下凝固过程原位观察的实验装置,采用透明合金,通过原位观察实验,系统研究了不同恒压力、周期性“升-降”压力、以及不同压力变化速率对枝晶生长形貌以及生长动力学的影响规律。首次观察到了压力降低过程中枝晶的重熔现象,获得了枝晶生长速率与枝晶尖端过冷度及压力之间的定量关系,以及生长或熔化加速度与压力速率的关系。通过在序参量方程中引入熔点相关的项,考虑了压力对自由能的影响,建立了纯物质压力下凝固过程枝晶生长的相场模型。采用原位观察实验结果,对相场模型进行了验证。通过模拟研究揭示了“升-降”压力下的“生长-重熔”规律以及加压速率对枝晶生长动力学的影响机制。根据状态方程计算了压力下吉布斯自由能,发展了三元镁合金压力下凝固的热力学模型,基于该模型计算了不同压力下的Mg-Al-Sn三元相图,并对该模型进行了检验。通过将三元镁合金压力下热力学模型与常压相场模型耦合,建立了三元镁合金压力下凝固过程微观组织演化的相场模型。采用多元镁合金压力下凝固过程微观组织演化的相场模型,结合挤压铸造实验,以Mg-Al-Sn和Mg-Gd-Y三元系为对象,研究了压力对凝固微观组织形貌以及生长动力学的影响。结果表明,压力提高了Mg-Al-Sn合金的枝晶生长速率,促进其二次枝晶臂的生长,减小平均晶粒尺寸;Al元素的微观偏析随压力的升高而加剧,而Sn元素的微观偏析受压力的影响较小;与MgAl-Sn合金相比,Mg-Gd-Y合金的枝晶比较钝化,没有明显的二次枝晶臂。
杨尚京[10]（2018）在《难熔金属材料的静电悬浮过程与快速凝固机理研究》文中指出以钨及其合金为典型代表的难熔金属材料在国防和民用工业领域均有重要工程应用。但是,极高的熔化温度一直阻碍着对其液态物理化学性质和快速凝固机理开展深入的理论研究。如果辅以激光熔凝方式,静电悬浮无容器处理技术将为此另辟蹊径。本文对静电悬浮过程进行了优化设计,并结合分子动力学计算,系统研究了9种难熔纯金属和4种难熔合金的液态热物理性质及其深过冷快速凝固规律,主要取得以下研究结果:1.静电悬浮过程的优化设计与动态控制通过定位光路的精确设计,显着提高了静电悬浮能力,首次成功悬浮起直径达10mm的大尺寸金属材料。同时进一步拓展了静电悬浮系统的功能,设计了触发形核与液淬模块,并且实现了样品温度的精确控制。结合紫光背景技术、数字图像处理以及液滴振荡法,实现了稳定和过冷液态金属的密度、热膨胀系数、表面张力、粘度、比热和辐射率等热物理性质的实验测定。采用高速摄影和光电探测两种方法,实现了过冷熔体的快速凝固过程研究。2.液态难熔纯金属的深过冷与快速凝固在静电悬浮条件下,实现了W、Re、Ta、Mo、Nb、Hf、V、Zr和Ti等9种难熔纯金属的深过冷快速凝固。纯Re是HCP固态晶体结构,其过冷度水平最高,为787K（0.24Tm）,远高于其它BCC结构金属0.18Tm的过冷度。实验测定了这9种纯金属过冷液态和高温固态的密度、热膨胀系数、比热和辐射率随温度的变化关系。通过再辉后凝固平台时间与过冷度的关系,利用外推法得到纯Nb和纯Zr的超过冷临界过冷度分别为706 K（0.26Tm）和524 K（0.25Tm）,并得到其液态平均比热与辐射率。同时,利用液滴振荡法测定了过冷液态纯Nb和纯Zr的表面张力和粘度。将数理统计方法与经典形核理论相结合,研究了纯Nb和纯Zr在静电悬浮中的形核机制。统计结果显示其过冷度都服从高斯分布。利用分子动力学计算了纯Nb均质形核的临界晶核尺寸与过冷度的非线性关系,并获得其固液界面能为0.367 J·m-2。实验测定发现纯金属的枝晶生长速度随过冷度以幂函数方式增长。其中,纯Ti的生长速度最大,在过冷度为329 K时高达95 m·s-1。理论分析表明,随着过冷度的增大,难熔纯金属枝晶生长的控制因素从热扩散向界面动力学控制转变。进一步利用分子动力学计算了单一界面动力学控制下Ta、Nb、Zr和Ti的晶体生长速度随过冷度的变化,揭示了其先上升后下降的趋势。3.二元Zr-Ti/Si合金中快速枝晶生长机理研究了Zr90Ti10和Zr80Ti20匀晶合金的快速凝固机制。其枝晶生长速度与过冷度之间呈现幂函数增长的关系,在最大过冷度366 K和379 K处,生长速度分别达到71 m·s-1和64 m·s-1。快速凝固过程影响随后的固态相变,过冷度的增大使马氏体组织的微观形貌发生改变。静电悬浮条件下,随着Si含量的增加,液态Zr99Si1、Zr97Si3和Zr95Si5亚共晶合金的过冷水平逐渐增加,分别为392 K（0.19TL）、423 K（0.22TL）和451 K（0.23TL）。（βZr）初生相的枝晶生长速度随过冷度的提高逐渐增大。（βZr）相枝晶生长机制由溶质扩散控制向热扩散控制转变,临界过冷度分别为125 K、240 K和350 K。快速凝固过程中,三种Zr-Si合金的组织都由（αZr）枝晶和（αZr+Zr3Si）共晶构成,且微观组织随过冷度的增大显着细化。4.液态Nb-Zr合金的热物理性质及快速凝固实验测定揭示了Nb-Zr匀晶合金体系的密度随着温度的升高线性下降,据此修正了其分子动力学势函数。基于液态密度实验的分子动力学计算表明,随着温度的下降以及Nb成分的增加,液态Nb-Zr合金的微观结构有序性提高。实现了液态Nb95Zr5、Nb90Zr10和Nb95Zr15合金的深过冷快速凝固,其最大过冷度分别为534 K（0.20TL）、498 K（0.19TL）和483 K（0.18TL）,相应最大枝晶生长速度为38.5 m·s-1、34.0 m·s-1和27.1 m·s-1。并且,随着过冷度的提高,微观组织显着细化。Nb90Zr10合金的二次再辉及密度变化趋势表明其凝固过程中可能形成亚稳相,并由分子动力学模拟预测亚稳相为斜方六面体（Rh）结构。5.难熔W-Ta合金熔体中快速枝晶生长特征实验测定了W-x%Ta（x=25,50,75）合金熔体的稳定和过冷态密度,发现其随着温度的升高线性下降,并且在液相线温度处密度的值分别为16.12、15.48和14.87 g·cm-3。在静电悬浮过程中,液态难熔W-25%Ta、W-50%Ta和W-75%Ta合金的过冷度分别达到752 K（0.21TL）,745 K（0.21TL）和773 K（0.23TL）,其枝晶生长速度随着过冷度的提高显着增大。在最大过冷度处,生长速度分别为35.2 m·s-1、33.7 m·s-1和33.4 m·s-1。当过冷度提高时,W-Ta合金凝固后的微观组织由粗大等轴枝晶向分枝细密枝晶转变,且偏析程度减小。
二、金属过冷熔体等轴枝晶生长的相场方法研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、金属过冷熔体等轴枝晶生长的相场方法研究（论文提纲范文）
（1）CA法模拟铁素体不锈钢凝固过程中的形核和长大行为（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 凝固过程和微观组织的数值模拟 |
| 1.3 CA算法模拟枝晶的生长 |
| 1.3.1 介观尺度的CA算法 |
| 1.3.2 微观尺度的CA算法 |
| 1.3.3 网格效应与CA算法准确性 |
| 1.4 实际的凝固过程中微观组织模拟 |
| 1.5 相场模型模拟枝晶的生长 |
| 1.6 本文研究内容和技术方案 |
| 1.6.1 研究目标 |
| 1.6.2 研究内容 |
| 1.6.3 技术路线图 |
| 2 凝固微观组织模拟的基础模型 |
| 2.1 枝晶尖端稳态生长理论 |
| 2.2 枝晶生长CA模型的概述 |
| 2.3 CA模型的程序设计 |
| 2.3.1 形核模型 |
| 2.3.2 溶质扩散控制方程 |
| 2.3.3 生长动力学计算 |
| 2.3.4 界面元胞内溶质再分配 |
| 2.3.5 界面局部曲率计算与捕获规则 |
| 2.3.6 边界条件与收敛条件 |
| 2.4 枝晶生长算法流程 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 枝晶生长模拟算例 |
| 3.1 单个等轴枝晶的生长 |
| 3.1.1 枝晶生长形貌 |
| 3.1.2 枝晶臂溶质成分分布 |
| 3.1.3 枝晶尖端生长速度 |
| 3.1.4 捕获规则对生长形貌的影响 |
| 3.1.5 不同晶体取向的枝晶生长 |
| 3.1.6 界面能各向异性对枝晶生长的影响 |
| 3.2 多个等轴枝晶的生长 |
| 3.3 柱状枝晶的生长 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 振动激冷条件下枝晶生长数值模拟 |
| 4.1 模拟技术原理图 |
| 4.2 凝固微观组织的演化过程 |
| 4.2.1 枝晶的生长模拟结果 |
| 4.2.2 实验中的晶粒组织 |
| 4.3 过冷度对凝固组织的影响 |
| 4.3.1 枝晶的生长过程分析 |
| 4.3.2 溶质成分场分析 |
| 4.4 振动频率对凝固组织的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 结论 |
| 参考文献 |
| 硕士研究生学习阶段发表论文 |
| 致谢 |
（2）Ni-Sn合金枝晶生长的相场法模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 相场法模拟的发展历程 |
| 1.2.1 从纯物质到多元合金的相场模拟研究 |
| 1.2.2 耦合外场或其它影响因素的相场法模拟研究 |
| 1.3 镍基合金微观结构演化研究现状 |
| 1.4 存在的主要问题 |
| 1.5 本文的研究目的和内容 |
| 2 相场模型 |
| 2.1 相场模型的热力学基础 |
| 2.1.1 尖锐界面模型 |
| 2.1.2 扩散界面模型 |
| 2.2 相场模型的动力学基础 |
| 2.3 相场模型的建立 |
| 2.3.1 相场基本原理 |
| 2.3.2 纯物质的相场模型 |
| 2.3.3 二元单相合金相场模型 |
| 2.4 相场模型参数 |
| 2.4.1 枝晶尖端生长速度与枝晶尖端曲率半径 |
| 2.4.2 二次枝晶间距与幅值 |
| 2.5 程序实现的流程图 |
| 3 过冷度对Ni-Sn合金枝晶生长的相场法模拟 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 二元合金相场控制方程 |
| 3.2.1 相场方程 |
| 3.2.2 溶质扩散方程 |
| 3.2.3 温度场控制方程 |
| 3.2.4 扰动模型 |
| 3.3 计算参数的确定 |
| 3.3.1 初始及边界条件 |
| 3.3.2 数值计算方法 |
| 3.3.3 合金热物性参数 |
| 3.4 模拟结果及分析 |
| 3.4.1 过冷度系数对枝晶形貌的影响 |
| 3.4.2 高过冷度系数时的枝晶形貌 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 不同界面下Ni-Sn合金枝晶生长的相场法模拟 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 控制方程 |
| 4.2.1 耦合温度场的相场方程 |
| 4.2.2 溶质扩散方程 |
| 4.2.3 热扩散方程 |
| 4.3 计算参数的选择与确定 |
| 4.3.1 相场计算参数的确定 |
| 4.3.2 扰动的选择 |
| 4.3.3 界面厚度ξ的修正 |
| 4.4 数值计算 |
| 4.4.1 初始条件和边界条件 |
| 4.4.2 数值计算方法 |
| 4.5 模拟结果与分析 |
| 4.5.1 固/液界面热扩散系数比对枝晶形貌的影响 |
| 4.5.2 不同界面厚度对枝晶生长的影响 |
| 4.5.3 修正界面厚度ξ中τ对枝晶生长的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 Ni-Sn合金等轴枝晶的三维相场模拟 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 等轴枝晶生长的相场模型 |
| 5.3 Ni-Sn合金等轴枝晶的生长过程 |
| 5.4 界面能各向异性参数对枝晶形貌的影响 |
| 5.5 过饱和度对枝晶形貌的影响 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（3）合金凝固组织大尺度定量相场模拟与原位观察（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 枝晶生长实验观察 |
| 1.3 枝晶生长解析理论 |
| 1.3.1 枝晶生长中的热溶质传输 |
| 1.3.2 稳态枝晶生长理论 |
| 1.4 枝晶生长数值模拟 |
| 1.4.1 相场法理论基础 |
| 1.4.2 枝晶生长相场模拟 |
| 1.5 本文研究的目的、意义和主要内容 |
| 1.6 本章小结 |
| 第2章 大尺度多晶定量相场模拟快速计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 大尺度多晶相场模拟快速计算模型及数值计算方法 |
| 2.2.1 相场模型的数学非线性预条件处理 |
| 2.2.2 多晶凝固过程中的晶界能与晶粒取向计算 |
| 2.2.3 数值计算方法 |
| 2.2.4 数值模拟测试 |
| 2.3 Al-Cu合金多晶凝固大尺度定量相场模拟 |
| 2.3.1 模型描述及数值计算 |
| 2.3.2 模拟结果分析与讨论 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 2D和3D相场模拟定量对比 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模型描述及数值计算方法 |
| 3.2.1 耦合液体流动的二元合金凝固定量相场模型 |
| 3.2.2 界面层宽度W_0的收敛性测试 |
| 3.2.3 数值计算方法 |
| 3.3 模拟结果分析与讨论 |
| 3.3.1 模拟结果后处理 |
| 3.3.2 模拟结果与经典晶体生长理论对比 |
| 3.3.3 等轴晶形貌和液体流动 |
| 3.3.4 溶质成分 |
| 3.3.5 尖端生长速率和半径 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 二元合金凝固过程微观偏析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 模型描述及数值计算方法 |
| 4.3 二元合金凝固过程微观偏析动力学 |
| 4.3.1 晶粒细化对微观偏析的影响 |
| 4.3.2 冷速对微观偏析的影响 |
| 4.3.3 固相背扩散对微观偏析的影响 |
| 4.4 二元合金凝固微观偏析新模型 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 等轴晶生长动力学及形核过冷度确定新方法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 模型描述及数值计算方法 |
| 5.3 合金等轴晶生长动力学 |
| 5.3.1 Al-Cu合金等轴晶生长3D定量相场模拟 |
| 5.3.2 形核控制生长阶段的原位观察验证 |
| 5.4 合金凝固形核过冷度确定方法 |
| 5.4.1 形核控制生长阶段特征值与形核过冷度的关系 |
| 5.4.2 Al-Cu合金凝固大尺度定量相场模拟 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果 |
| 作者简介 |
（4）空间材料科学研究进展与未来趋势（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 空间环境与材料科学交叉融合 |
| 2.1 空间环境的物理化学特征 |
| 2.1.1 微重力与无容器状态 |
| 2.1.2 高真空与交变温度 |
| 2.1.3 辐射与原子氧 |
| 2.2 空间材料科学实验方式 |
| 2.2.1 返回式卫星 |
| 2.2.2 宇宙飞船 |
| 2.2.3 航天飞机 |
| 2.2.4 空间实验室和空间站 |
| 2.3 地面模拟研究技术路线 |
| 2.3.1 探空火箭、抛物线飞行和高空气球 |
| 2.3.2 落管、落塔与落井 |
| 2.3.3 悬浮无容器处理技术 |
| 2.3.4 熔体浸浮技术 |
| 2.4 计算材料科学研究路径 |
| 2.4.1 电子结构计算 |
| 2.4.2 原子与分子模拟 |
| 2.4.3 空间凝固组织模拟 |
| 2.4.4 成形制造与太空服役行为模拟 |
| 3 空间条件下材料物化性质与相变机理 |
| 3.1 液态合金的微观结构 |
| 3.1.1 高能射线衍射分析 |
| 3.1.2 数值模拟研究 |
| 3.2 材料熔体中输运特性 |
| 3.2.1 传热过程 |
| 3.2.2 传质规律 |
| 3.2.3 动量传输 |
| 3.3 熔体过冷与晶体形核 |
| 3.3.1 熔体过冷能力 |
| 3.3.2 相选择和形核特征 |
| 3.4 溶液中的晶体生长 |
| 3.5 亚稳熔体的热物理性质 |
| 3.5.1 密度和热膨胀系数 |
| 3.5.2 比热和辐射率 |
| 3.5.3 表面张力和润湿现象 |
| 3.5.4 黏度 |
| 3.5.5 电导率和热导率 |
| 4 空间材料制备成形过程的运动学特征 |
| 4.1 Marangoni对流研究 |
| 4.1.1 晶体生长 |
| 4.1.2 偏晶合金 |
| 4.2 电磁场中悬浮液滴运动规律 |
| 4.2.1 液滴形状 |
| 4.2.2 流动特征 |
| 4.3 超声场中悬浮液滴振荡和流动 |
| 4.3.1 旋转分瓣 |
| 4.3.2 参数共振 |
| 4.3.3 内部流动 |
| 4.4 静电悬浮液滴的运动特性 |
| 4.4.1 形态振荡 |
| 4.4.2 内部流动 |
| 4.5 气动悬浮过程的液相流动 |
| 5 空间环境中材料组织与性能调控 |
| 5.1 空间定向凝固过程中组织演变与控制 |
| 5.1.1 微重力条件下柱状晶-等轴晶转变 |
| 5.1.2 微重力条件下液固界面演化与溶质再分配 |
| 5.1.3 空间定向共晶生长 |
| 5.2 空间快速凝固的动力学机理 |
| 5.2.1 空间和地面模拟条件下的快速枝晶生长 |
| 5.2.2 空间和地面模拟条件下的快速共晶生长 |
| 5.2.3 自由落体和悬浮条件下的快速包晶凝固 |
| 5.2.4 微重力和无容器条件下的快速偏晶凝固 |
| 5.3 空间环境中新型和高性能材料合成制备 |
| 5.3.1 半导体材料的空间生长 |
| 5.3.2 超导材料的无容器合成 |
| 5.3.3 磁性材料的无容器制备 |
| 5.3.4 微重力条件下金属玻璃的制备与应用 |
| 5.3.5 氧化物功能晶体和玻璃的空间制备 |
| 5.3.6 生物材料的微重力和无容器合成 |
| 5.4 空间环境中材料成形与制造过程 |
| 5.4.1 太空增材制造 |
| 5.4.2 太空焊接 |
| 5.4.3 电磁悬浮约束成形 |
| 5.4.4 声悬浮干燥制粉 |
| 5.5 先进材料的空间服役性能研究 |
| 5.5.1 太阳能电池材料的抗空间辐射性能 |
| 5.5.2 高温超导材料的空间长期服役性能 |
| 5.5.3 高分子材料的抗原子氧侵蚀性能 |
| 5.5.4 空间润滑材料的服役性能 |
| 6 结语和展望 |
（5）基于CA-LBM方法的三维晶粒群运动行为的数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景及意义 |
| 1.2 凝固过程微观组织的研究进程 |
| 1.2.1 相场方法(PF方法) |
| 1.2.2 元胞自动机方法(CA方法) |
| 1.3 等轴晶运动行为的研究进展 |
| 1.4 格子玻尔兹曼方法在固液边界处理中的应用 |
| 1.5 研究目标、研究内容和研究方法、技术路线 |
| 1.5.1 研究目标 |
| 1.5.2 研究内容和研究方法 |
| 1.5.3 技术路线 |
| 1.6 本章小结 |
| 第二章 枝晶运动的三维CA-LBM模型 |
| 2.1 元胞自动机模型 |
| 2.1.1 三维等轴晶的生长模型 |
| 2.1.2 三维等轴晶的捕获模型 |
| 2.2 宏观传输过程的格子Boltzmann模型 |
| 2.2.1 流场的格子Boltzmann模型 |
| 2.2.2 温度场和溶质场的格子Boltzmann模型 |
| 2.3 边界条件 |
| 2.3.1 标准反弹格式 |
| 2.3.2 非平衡外推格式 |
| 2.3.3 半反弹格式 |
| 2.3.4 溶质外推分配法 |
| 2.4 数值模型的程序流程图 |
| 2.5 本章小节 |
| 第三章 对三维晶粒运动生长模型合理性的评测 |
| 3.1 三维等轴晶生长过程的验证 |
| 3.2 固液界面相互作用力验证 |
| 3.3 单枝晶的平动验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 单个三维等轴晶在熔体中的运动和生长 |
| 4.1 择优生长角为0时的三维等轴晶生长和运动 |
| 4.2 运动条件下二维和三维模型模拟结果对比 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 多枝晶在熔体中的运动和生长 |
| 5.1 多个枝晶的运动和生长行为研究 |
| 5.2 不同影响因素对等轴晶运动的影响 |
| 5.2.1 溶质浮力和热浮力对等轴晶运动的影响 |
| 5.2.2 固相密度对等轴晶运动的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 本文创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间所取得的相关研究成果 |
| 致谢 |
（6）Fe-C二元合金包晶相变的相场法模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 微观组织模拟常用的方法 |
| 1.2.1 确定性方法 |
| 1.2.2 随机性方法 |
| 1.2.3 相场法 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 国外相场法的研究现状 |
| 1.3.2 国内相场法的研究现状 |
| 1.4 相场法面临的问题和发展趋势 |
| 1.5 本文的主要研究工作 |
| 第2章 相变理论基础及相场模型 |
| 2.1 相变与相变的基本类型 |
| 2.1.1 相变 |
| 2.1.2 相变的基本类型 |
| 2.2 形核与长大理论 |
| 2.2.1 液-固相变中的形核与长大 |
| 2.2.2 固-固相变中的形核与长大 |
| 2.3 相场模型 |
| 2.3.1 朗道理论与金茨堡-朗道理论 |
| 2.3.2 相场法模拟的基本原理 |
| 2.3.3 界面模型 |
| 2.4 各向异性与扰动 |
| 2.4.1 各向异性的影响 |
| 2.4.2 扰动的影响 |
| 2.5 小结 |
| 第3章 相场模型的数值求解及结果可视化 |
| 3.1 相场法模拟的计算方法 |
| 3.1.1 有限差分法简介(FDM) |
| 3.1.2 有限元法简介(FEM) |
| 3.2 模拟中相场方程的离散处理 |
| 3.2.1 空间离散 |
| 3.2.2 时间离散 |
| 3.2.3 稳定条件 |
| 3.3 初始条件及边界条件 |
| 3.3.1 初始条件 |
| 3.3.2 边界条件 |
| 3.4 程序的调试以及模拟结果的可视化 |
| 3.4.1 相场模型模块的设计 |
| 3.4.2 模拟结果的可视化 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 Fe-C二元合金包晶相变的相场法模拟 |
| 4.1 相场模型 |
| 4.1.1 相场控制方程 |
| 4.1.2 溶质控制方程 |
| 4.2 相场参数与模型数值计算 |
| 4.2.1 相场参数的确定 |
| 4.2.2 材料物性参数 |
| 4.2.3 初始及边界条件 |
| 4.3 模拟结果与分析 |
| 4.3.1 奥氏体生长形貌及溶质分布 |
| 4.3.2 过冷度对奥氏体生长速率的影响 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 多晶粒包晶转变多次相变的多相场法模拟 |
| 5.1 相场模型 |
| 5.1.1 相场控制方程 |
| 5.1.2 溶质控制方程 |
| 5.1.3 液固相变控制方程 |
| 5.1.4 包晶相变控制方程 |
| 5.2 材料物性参数 |
| 5.2.1 初始及边界条件 |
| 5.3 模拟结果与分析 |
| 5.3.1 包晶反应模拟结果与分析 |
| 5.3.2 包晶转变模拟结果与分析 |
| 5.3.3 形核位置曲率对包晶反应速率的影响 |
| 5.4 小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 攻读硕士期间所发表的论文 |
（7）Stellite 6合金焊接熔池凝固行为的相场模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 背景及研究意义 |
| 1.2 相场法简介 |
| 1.3 相场法的数值方法简介 |
| 1.4 本文主要的研究内容 |
| 第二章 模型构建与研究方案 |
| 2.1 相场模型构建 |
| 2.1.1 相场方法的一般过程 |
| 2.1.2 基本假设 |
| 2.1.3 确定相场参量 |
| 2.1.4 构建自由能泛函 |
| 2.1.5 构建动力学方程 |
| 2.1.6 匹配渐进分析 |
| 2.2 数值方法 |
| 2.2.1 方程的离散化及边界条件 |
| 2.2.2 区域移动算法 |
| 2.3 研究方案 |
| 2.3.1 研究对象 |
| 2.3.2 实验条件 |
| 2.3.3 模拟参数 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 Stellite6 合金凝固结晶组织的基本形态模拟 |
| 3.1 平面状生长 |
| 3.2 柱状生长 |
| 3.2.1 扰动分析 |
| 3.2.2 界面失稳后的继续生长 |
| 3.3 等轴生长 |
| 3.3.1 自由枝晶生长理论 |
| 3.3.2 自由枝晶生长的相场模拟 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 Stellite6 合金焊接熔池的相场模拟 |
| 4.1 基于熔池几何的相场模拟 |
| 4.1.1 模拟参数 |
| 4.1.2 生长过程分析 |
| 4.2 基于点状热源的相场模拟 |
| 4.2.1 模拟参数及初始条件 |
| 4.2.2 生长过程分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 全文总结 |
| 5.1 主要结论 |
| 5.2 创新点 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间的学术成果 |
（9）面向多元镁合金压力下凝固微观组织实验研究及相场建模（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状综述 |
| 1.2.1 挤压铸造过程微观组织的实验研究进展 |
| 1.2.2 压力下透明合金枝晶生长的原位观察实验研究进展 |
| 1.2.3 凝固微观组织的相场法模拟研究进展 |
| 1.2.4 压力下热力学计算的研究现状 |
| 1.3 本文的研究内容 |
| 第2章 压力下枝晶演化过程的原位观察实验研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验装置的设计构建及实验方法 |
| 2.2.1 实验装置的设计与构建 |
| 2.2.2 实验样品 |
| 2.2.3 实验方法、步骤和条件 |
| 2.2.4 实验数据的处理方法 |
| 2.3 压力下凝固枝晶生长的原位观察实验研究 |
| 2.3.1 不同恒压对枝晶生长动力学的影响 |
| 2.3.2 “升-降”压及周期性“升-降”压对枝晶生长动力学的影响 |
| 2.3.3 不同压力速率对枝晶生长动力学的影响 |
| 2.3.4 压力与枝晶生长动力学的理论关系 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 压力下纯物质枝晶生长的相场模拟研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 压力下纯物质枝晶生长的相场模型 |
| 3.2.1 相场控制方程 |
| 3.2.2 压力的影响 |
| 3.2.3 控制方程的求解算法 |
| 3.2.4 模拟条件和参数 |
| 3.3 “升-降”压力对枝晶演化过程影响的模拟研究 |
| 3.3.1 枝晶生长过程 |
| 3.3.2 临界熔化时刻 |
| 3.3.3 重熔过程 |
| 3.4 不同压力速率对枝晶生长动力学影响的模拟研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 耦合压力下热力学模型的三元镁合金凝固过程微观组织相场建模 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 三元镁合金压力下热力学建模 |
| 4.2.1 常压下热力学模型 |
| 4.2.2 压力下热力学建模 |
| 4.2.3 压力下热力学模型的检验 |
| 4.3 耦合压力下热力学模型的三元镁合金相场建模 |
| 4.3.1 常压下三元相场模型 |
| 4.3.2 耦合压力下热力学模型的三元镁合金相场建模 |
| 4.3.3 相场模型的数值求解和并行计算 |
| 4.3.4 模拟条件和参数 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 三元镁合金压力下凝固微观组织演化的相场模拟和实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 Mg-Al-Sn合金压力下凝固微观组织演化的相场模拟与实验研究 |
| 5.2.1 压力下凝固微观组织演化的动力学 |
| 5.2.2 压力下凝固的固液界面前沿溶质分配 |
| 5.2.3 压力下凝固的微观偏析 |
| 5.2.4 第三组元Sn对压力下生长动力学的影响 |
| 5.3 Mg-Gd-Y合金压力下凝固微观组织演化的相场模拟与实验研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
（10）难熔金属材料的静电悬浮过程与快速凝固机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 本文的主要成果与创新之处 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 静电悬浮无容器处理技术 |
| 1.1.1 静电悬浮技术的发展 |
| 1.1.2 静电悬浮技术的应用 |
| 1.2 深过冷快速凝固 |
| 1.2.1 深过冷快速凝固的研究意义 |
| 1.2.2 实现深过冷快速凝固的途径 |
| 1.3 液态金属的热物理性质 |
| 1.4 分子动力学计算方法 |
| 1.4.1 分子动力学计算的原理 |
| 1.4.2 分子动力学计算的应用 |
| 1.5 本文的研究目标与课题来源 |
| 第二章 实验方案与计算方法 |
| 2.1 总体研究思路 |
| 2.2 静电悬浮快速凝固实验系统 |
| 2.2.1 系统组成 |
| 2.2.2 热物理性质的测定 |
| 2.2.3 快速凝固过程研究 |
| 2.3 分子动力学计算 |
| 2.3.1 液态微观结构 |
| 2.3.2 热物理性质 |
| 2.3.3 凝固过程 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 静电悬浮过程的优化设计与动态控制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 大尺寸样品的稳定悬浮 |
| 3.3 悬浮熔体的形态稳定性 |
| 3.4 触发形核及液淬功能 |
| 3.4.1 触发形核功能 |
| 3.4.2 液淬功能 |
| 3.5 悬浮熔体温度的精确控制 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 液态难熔纯金属的深过冷与快速凝固 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 难熔纯金属的热物理性质测定 |
| 4.2.1 密度和热膨胀系数 |
| 4.2.2 比热与辐射率 |
| 4.2.3 表面张力和粘度 |
| 4.3 难熔纯金属的晶体形核机制 |
| 4.3.1 静电悬浮条件下的形核动力学 |
| 4.3.2 固液界面能的计算 |
| 4.4 难熔纯金属的快速枝晶生长 |
| 4.4.1 枝晶生长速度的实验测定 |
| 4.4.2 快速凝固机理的理论分析 |
| 4.4.3 快速枝晶生长的动力学机制 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 二元Zr-Ti/Si合金中快速枝晶生长机理 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 二元Zr-Ti合金的快速凝固特性 |
| 5.2.1 Zr-Ti合金的冷却曲线 |
| 5.2.2 密度和比热的测定 |
| 5.2.3 (βZr)相的枝晶生长 |
| 5.2.4 相组成和微观组织演化 |
| 5.3 二元Zr-Si合金的快速枝晶生长规律 |
| 5.3.1 Zr-Si合金的凝固特征 |
| 5.3.2 (βZr)相的快速枝晶生长 |
| 5.3.3 相组成及微观组织演变 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 液态Nb-Zr合金的热物理性质及快速凝固 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 Nb-Zr合金体系的液态密度及快速枝晶生长 |
| 6.2.1 Nb-Zr合金体系过冷态密度随温度的变化 |
| 6.2.2 液态Nb-Zr合金微观结构特征 |
| 6.2.3 Nb-Zr合金的快速凝固特征 |
| 6.3 深过冷Nb-Zr合金熔体中亚稳相的形成 |
| 6.3.1 Nb_(90)Zr_(10)合金的冷却曲线及密度 |
| 6.3.2 Nb_(90)Zr_(10)合金凝固后的相组成及微观组织 |
| 6.3.3 Nb_(90)Zr_(10)合金形核与亚稳相转变的分子动力学模拟 |
| 6.3.4 Nb-Zr合金中形成亚稳相的成分范围 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 难熔W-Ta合金熔体中快速枝晶生长特征 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 液态W-Ta合金的深过冷 |
| 7.3 过冷W-Ta合金熔体的热物理性质 |
| 7.4 W-Ta合金中快速枝晶生长机理 |
| 7.4.1 快速枝晶生长速度的测定 |
| 7.4.2 相组成与微观组织演化 |
| 7.5 本章小结 |
| 第八章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 作者简历 |
四、金属过冷熔体等轴枝晶生长的相场方法研究（论文参考文献）
- [1]CA法模拟铁素体不锈钢凝固过程中的形核和长大行为[D]. 石钦. 西安建筑科技大学, 2021
- [2]Ni-Sn合金枝晶生长的相场法模拟[D]. 张迪. 中北大学, 2021(09)
- [3]合金凝固组织大尺度定量相场模拟与原位观察[D]. 巩桐兆. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [4]空间材料科学研究进展与未来趋势[J]. 阮莹,胡亮,闫娜,解文军,魏炳波. 中国科学:技术科学, 2020(06)
- [5]基于CA-LBM方法的三维晶粒群运动行为的数值模拟研究[D]. 白羽. 河北工业大学, 2020(02)
- [6]Fe-C二元合金包晶相变的相场法模拟研究[D]. 仲军和. 兰州理工大学, 2020(12)
- [7]Stellite 6合金焊接熔池凝固行为的相场模拟[D]. 任博. 上海交通大学, 2020(01)
- [8]金属材料凝固过程研究现状与未来展望[J]. 翟薇,常健,耿德路,魏炳波. 中国有色金属学报, 2019(09)
- [9]面向多元镁合金压力下凝固微观组织实验研究及相场建模[D]. 尚闪. 清华大学, 2018(06)
- [10]难熔金属材料的静电悬浮过程与快速凝固机理研究[D]. 杨尚京. 西北工业大学, 2018