Page 87 - 国外钢铁技术信息参考-2023年1月

ᇏݓࣁඋ࿐߶
急剧下降的情况。虽然尚且无法定论，但 Heinrich-Poirier 方程中出现的急剧ᇏݓࣁඋ࿐߶

本文根据二维相场计算了所得枝晶形状构建三维模型，并通过枝晶臂间的流

动计算对透过率进行了评估，另外，还研究了公式（16）中用于表示形状复杂程

度的系数 k （扭曲系数）。赋予适当的k 值，结果表明流动计算所得透过率与公
ᇏݓࣁඋ࿐߶
式（16）（Kozeny- Carman 方程）所得结果具有良好的一致性。另外，如图 6

所示公式（18）和（19）（Heinrich-Poirier 方程）中，当固相率为 0.3 左右

时透过率急剧下降，而 Kozeny-Carman 方程中并未出现急剧下降的现象。三维模

型计算结果与 Kozeny-Carman 方程一致，也未出现 Heinrich-Poirier 方程所示

变化可能是由于实验数据的准确性所导致。 ᇏݓࣁඋ࿐߶

ᇏݓࣁඋ࿐߶

ᇏݓࣁඋ࿐߶
ᇏݓࣁඋ࿐߶
图 7 0.45%碳钢的枝晶观察示例（试样直径 0.8mm）

自 2010 年左右提出通过采用实验与计算相结合的方法进行透过率评估后，

实验与计算或计算与其他计算相结合的透过率评估法成为主流。实验方面，重点

是通过时间分解断层扫描（4D-CT)对枝晶组织进行三维观察。最初主要研究对象
为 Al 合金和 Mg 合金等轻金属，但现在已经能够利用 Hf 吸収端对 Ni、Fe、Co-Hf

系合金以及碳钢的枝晶进行时间分解三维观察。图 7 所示为 0.45%碳钢的枝晶观
ᇏݓࣁඋ࿐߶
察示例，除一次枝晶臂外还可以对二次枝晶臂进行观察，将来有望实现固液界面

面积的定量评估。但由于 4D-CT 可能受到合金类型以及时间分解能力方面的限制，
目前尚且无法适用于广泛的铸造条件。计算方面，重点是保证相场模型的定量性

并通过相场模型（Phase-Field model）进行大规模枝晶生长三维计算。图 8 所
示为多个一次枝晶臂竞相生长情况下的大规模计算示例。计算区域范围约为 3mm

×3mm×3mm，实现了在完全超过 4D-CT 的区域空间内观察枝晶的生长（计算机实
验）。这种相场模型大规模计算涵盖了单一枝晶计算中未包含的以溶质扩散为基
ᇏݓࣁඋ࿐߶

84