凝固是一个宏微观均极为复杂的过程,这其中包含了热量的传递,溶质的传输,结晶潜热的释放,也包括了微观上形核和晶粒的长大,枝晶之间的竞争生长和溶质的再分配等过程。相场法采用扩散界面模型,避免了跟踪固/液界面,在凝固模拟中获得了很大的发展。本文采用了包含反溶质截留系数的Karma薄界面模型,对Fe-1.0wt.%C合金进行了等温凝固过程模拟,并探讨了不同参数对枝晶形貌、溶质偏析、枝晶生长的影响规律,结论如下:(1)采用相场法模拟了Fe-1.0wt.%C二元合金等温凝固枝晶生长过程,获得了具有二次分支的枝晶形貌,获得了枝晶从择优生长到发生重熔熟化的整个阶段。完整呈现了枝晶的生长过程。在计算过程中加入了溶质截留影响,考虑到了在存在溶质截留影响条件下枝晶内部溶质的分布情况,主轴晶中心浓度最低,二次枝晶臂间溶质出现了富集,同时模型忽略了溶质梯度项对溶质分布的影响,使得界面推进速度随时间的波动特别剧烈,界面推进速度随时间的波动又引发界面前沿溶质分配系数k相应地波动,在枝晶内部溶质也出现了分布不均的现象。(2)枝晶生长过程中,尖端生长速度经历了一个由极大值逐渐降低直至平稳的过程,尖端半径则呈现了逐渐增大然后基本平稳的过程,说明随着枝晶生长,尖端速度是逐渐降低,尖端半径逐渐增大。(3)当过饱和度小于0.55时,过饱和度和过冷度对枝晶生长产生的影响相同,当过饱和度大于0.55后,枝晶形貌变得不规则。在过饱和度增大的过程中,凝固出现了枝晶的生长由以溶质扩散为主逐渐转变为动力学因素控制为主的变化。当过饱和度小于0.55时,随着过饱和度的增大枝晶偏析变严重,而当过饱和度大于0.55后,随着过饱和度继续增大偏析现象减轻。因此在实际生产中可以通过加大过饱和度来减轻偏析。(4)各向异性参数对凝固过程起着非常重要的作用,各向异性系数促进枝晶的生长,且随着各向异性参数的增大,扰动更容易被放大,晶粒形状可能变得更复杂。(5)噪声不会对枝晶的生长起到促进作用,能够使枝晶侧向出现不稳定,这种不稳定使得固液界面的能量出现起伏变化,界面出现扰动。界面的扰动使得溶质场的分布出现变化,最终影响到了二次枝晶的出现及生长。