Page 88 - 国外钢铁技术信息参考-2023年1月
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察结果和高固相率区的粗化观察结果确认了该方法的有效性，并通过三维相场计ᇏݓࣁඋ࿐߶
础的枝晶臂间的相互作用以及枝晶臂粗化等因素，有望实现此前尚未达到的“真
实”凝固组织定量分析，例如，透过率评估。可以说，自明确图 4 所示宏观偏析
枝晶组织以来，经过半个世纪的实验和计算才取得这一定量性进展。
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Kozeny-Carman 方程和 Heinrich-Poirier 方程中将一次枝晶臂间距作为凝
固组织参数是因为通过观察凝固组织对枝晶组织进行量化的指标仅限于一次枝
晶臂和二次枝晶臂的间距。如果能够通过实验和计算掌握三维组织，就可以测量
除长度维度以外的面积和体积维度的物理量。Neumam-Heyme 等人通过 4D-CT 观
算推导出固液界面面积的时间演化方程。今后，不仅是以往的一次和二次枝晶臂 ᇏݓࣁඋ࿐߶
间距，单位体积固液界面面积等具有面积和体积维度的指标也将用于枝晶组织的
定量评估。 ᇏݓࣁඋ࿐߶
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图 8 利用相场模型进行大规模枝晶生长计算的示例
如图 8 所示，利用能够再现含多个一次臂的枝晶组织的优点，通过相场模型
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进行大规模计算得到柱状枝晶簇（包含多个一次臂的枝晶组织），并利用晶格玻
尔兹曼法对柱状枝晶中一次枝晶臂在垂直方向上的透过率进行评估。在对含有多
个一次枝晶臂的计算区域进行透过率评估时，要排除局部条件对透过率的影响。
另外，将计算所得透过率以比表面积（固液界面面积与固相体积的比值）的平方
的形式转化为无维度透过率，结果表明该透过率与圆柱规则的排列于三角晶格的
情况非常一致。另外，还通过该方法进一步确定了一次枝晶臂平行和垂直方向上
的透过率。将公式（16）的系数 k 分别设为 3 和 9，可再次得到一次枝晶臂平行
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