Phase Lab相场模块-枝晶凝固

Phase Lab 是一款功能强大的相图相场计算软件，包括相图模块、扩散模块、相场模块以及数据库模块，可以帮助研究者在合金材料设计中，借助强大的数据库建立成分-物相-性能之间的关联规律，完成材料的成分优化与性能提升。

相场模块作为Phase Lab 2023A版本新增的功能模块，可以实现多种凝固过程模拟。通过耦合CALPHAD方法和热力学数据库，准确描述多元合金中各相的Gibbs自由能，建立多元合金凝固过程的相场模型，从而更加准确地模拟多元合金凝固过程中组织形成及演化现象。

本期将给大家介绍Phase Lab 相场模块-枝晶凝固的内容。

2.2 相场模块

2.2.1 枝晶凝固

1. 选择数据库 Databases 为 Binary Alloys ，数据库来源为 HZWTECH 。

2. 选择元素 Elements 为 Al 、 Cu 。

3. 选择计算类型为 Solidification 。

4. 点击 Next 按钮进入 Phases 页面。

5. 勾选 LIQUID 、 FCC_A1 相。

6. 点击 Next 按钮进入 Solidification 参数设置页面。

7. 设置计算参数。

设置计算参数 System Conditions :

Component：Mole fraction

Al：0.98

Cu：0.02

Number_of_X_direction：600

Number_in_Y_direction：600

Space_step：0.4

Coupling_constant：3

Total_time_steps：40000

Time_step：0.005

设置计算参数 Temperature Conditions :

Temperature：895 KK

Temperature_range (Min)：837 KK

Temperature_range (Max)：921 KK

Cooling_speed：0 K / sK/s

Directional_solidification：Off

Cooling_speed=0表示温度不变，为恒温凝固。

设置计算参数 Boundary Conditions :

X_direction：Periodic

Y_direction：Periodic

设置计算参数 Noise Conditions :

Noise_strength：0.05

设置计算参数 Thermodynamic conditions :

Calphad：On

Database：Binary Alloys

Phase_entered：[LIQUID,FCC_A1]

Molar_volume：1.0E-5 m3 / mol

m3/mol

设置计算参数 Diffusion conditions :

Phase：LIQUID、FCC_A1

Diffusion_coefficient (Cu)：[(1.0E-9),(1.0E-13)]

元素在不同相中扩散系数不同。

设置计算参数 Interface Energy Conditions :

Interface Energy：0.25 J / m2J/m2

设置计算参数 Nuclear Conditions :

Number_of_nuclear：1

Nucleation_method：User_define

Anisotropy_method：Cos4theta

Anisotropy_strength：0.05

Initial_radius：5

Nucleation：[(300,300,45)]

设置计算参数 Output Conditions :

Output_phasefield：Sum

Output_component：[Al,Cu]

Output_time_step：1000

8. 所有参数设置完成后，左侧全部显示为蓝色。点击 Next 按钮进入超算资源设置页面。

9. 点击 查看超算资源 ，可查看资源使用情况。设置计算分区，节点数、核数。点击 提交 按钮，即可提交作业。

10. 作业成功提交后页面出现提示。

11. 任务提交至超算后可在 鸿之微云 >> 计算中心 >> 我的作业 查看作业状态，点击 作业详情 ，可下载输出结果。

 

12. 程序默认输出相场的组织演化图片供用户参考，其中，time_step=0、time_step=6000和time_step=12000时刻的组织演化图分别如下所示。用户也可用其他软件对原始数据进行数据后处理（例如：Tecplot、Paraview等）。

time_step=0

time_step=6000

time_step=12000

审核编辑 ：李倩