粉末床激光重熔条件下Ni-Sn反常共晶微观组织的数值模拟

• 作者: 曹永青 杨海欧 林鑫 王猛 魏雷 黄卫东
• 来源期刊: 金属学报
• 学科: 工学
• 关键词: 反常共晶 数值模拟 元胞自动机
• 年，卷（期）: 2018,（12）
• 页码范围: 1801-1808
• 页数: 8页
• 分类号: TG24
• 语种: 中文
• DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00139

摘要

采用低网格各向异性元胞自动机(cellular automaton,CA)模型研究了激光重熔条件下的反常共晶生长机制.为了验证模型的可靠性,建立了二维层片规则共晶CA模型,针对CBr4-C2Cl6共晶合金,模拟了1λO失稳形态向2λO失稳形态转变过程,计算结果与实验、相场模拟结果吻合.模型通过设定含三相(α、β和液相)的界面元胞,使CA模型中α和β相体积分数能够连续变化,从而更易于捕捉二维层片共晶的失稳过程.与相场模拟结果相比,本工作计算得到1λO-2λO失稳形态,即1加和2λO失稳的中间状态,并与实验结果吻合.在上述二元共晶CA模型基础上,对Ni-Sn合金粉末床激光重熔条件下,熔池底部出现的从规则层片状向非规则反常共晶组织的转变过程进行模拟研究,发现在初始低冷却速率条件下,细小的层片共晶发生失稳,即-Ni3Sn相超越α-Ni相,形成β-Ni3 Sn单相定向生长,在后续加速冷却过程中,固/液界面前沿液相中α-Ni相形核,并发生β-Ni3Sn相包裹α-Ni相生长形成反常共晶组织.激光重熔过程中,由熔池底部到顶部的凝固过程中确实存在一个由凝固速率为零到接近扫描速率的快速变化过程,因此与CA模拟采用的变抽拉速率的凝固条件吻合.