金属学报

作者：汤思璠, 魏晶晶, 岳怡心, 李鹏宇, 姚曼, 王旭东

单位：1 大连理工大学 材料科学与工程学院 大连 116024；2 大连理工大学 辽宁省凝固控制与数字化制备技术重点实验室 大连 116024

关键词：场变量扩散,元胞自动机,六重对称,枝晶生长,随机择优取向,

基金：国家自然科学基金项目(51974056);国家自然科学基金项目(51474047)

在合金凝固枝晶生长元胞自动机(CA)模型中，正方形元胞、邻胞构造、尖锐界面模型固有特性引起的各向异性，给枝晶择优取向生长的模拟研究带来了诸多限制，特别是难以模拟六重对称合金的枝晶生长行为。本工作在借鉴相场弥散界面模型中相场变量梯度能项建模与求解方法的基础上，构建和推导了考虑元胞状态变量的场变量梯度泛函及场变量扩散方程，提出了一种新的场变量扩散元胞自动机(FCA)模型。模型考虑了成分过冷和Gibbs-Thomson效应，采用“浓度势法”处理溶质扩散和再分配，依据杠杆定理处理界面凝固的生长动力学，通过引入场变量扩散项修正界面元胞的生长速率，并利用不同条件下Mg-6%Al (质量分数)合金的枝晶生长结果对模型进行了验证。在正方形网格离散方式下，六重对称Mg-6%Al合金的枝晶尖端稳态特征和生长动力学与LGK模型的预测结果基本吻合，模型能够呈现多重合金枝晶形貌的对称性以及枝晶的随机择优取向生长，还原凝固过程的枝晶臂生长、竞争和粗化等行为。

来源：2025年第6期

《金属学报》期刊编辑部

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