ИСТИНА

Компьютерное прогнозирование технологических процессов литья в настоящее время во многом опирается на равновесные представления о процессах затвердевания, развиваемых в 80–х годах XX века. Это понятия двухфазной зоны, равновесных диаграмм состояния, коэффициентов распределения и уравнений баланса. Современный язык описания фазовых превращений на мезоскопическом уровне основан на понятии параметра порядка, привнесенном в физику фазовых переходов еще Ландау. Введение параметра порядка фазового перехода (называемого фазовым полем, далее PF) позволяет контролировать изменение фазового состояния, определяемого термодинамическими потенциалами свободной энергии, энергии Гиббса, энтропии. Использование неравновесной термодинамики и развитие баз данных по потенциалам Гиббса для растворов стало основой успеха PF на мезоуровне и позволило достичь значительного прогресса в описании процесса формирования микроструктур при затвердевании расплавов. Но все успехи PF в настоящее время никак не согласованы с феноменологическим квазиравновесным подходом, применяемого в технологических пакетах литья. Действительно, обычно PF-моделирование проводится в заданных температурных и концентрационных условиях, прогнозируя возможные виды микроструктур, которые могут возникать в таких условиях. Расчеты микроструктуры не оказывают влияния на отливку в целом. В этом смысле, расчеты фазовых превращений в материалах теряют свою термодинамическую согласованность, поскольку процессы на крупных масштабах влияют на более мелкомасштабные процессы, но не наоборот. В данной работе сделана попытка исправить такую постановку задачи, предполагая, что расширение модели фазового поля на более крупные масштабы, позволит учесть, в первом приближении, на основе потенциалов Гиббса, как фазовый состав твердеющего раствора, так и его вклад в перераспределение примеси и теплот кристаллизации. Расширение PF на более крупные масштабы имеет ряд особенностей и ограничений, обсуждаемых в докладе. Предложена макроскопическая модель, следующая из PF, проведено численное моделирование задачи направленного затвердевания. Обсуждаются особенности перераспределения примеси в данной модели.