● 摘要
作为新型磁致伸缩材料的代表，Fe-Ga合金有着广阔的应用前景。通过模拟分析确定影响Fe-Ga合金晶体生长过程中固液界面形态的因素，可以指导实验制备出大尺寸、高性能的Fe-Ga合金取向晶体。Fe-Ga合金晶体生长过程中，影响固液界面形态的因素众多，包括石墨套管内表面加热温度、拉伸机构给定生长速度等。固液界面形态主要通过温度场分布得出。本文以具有高磁致伸缩性能的Fe81Ga19合金为研究对象，利用ABAQUS软件，通过热学条件分析，对感应加热定向凝固装置和过程进行不同程度简化，建立Fe-Ga合金定向凝固传热的三维有限元模型，确定初始条件及边界条件，进行网格划分，模拟了Fe-Ga合金定向凝固从升温、保温到最后样品完全凝固过程中的温度分布，确定了生长不同阶段的固液界面位置和固液界面形状等，对实验起到了重要的指导作用。模拟分析表明，实验所采用的定向凝固方法有利于形成上凸的固液界面，利于初期晶粒的竞争和淘汰以形成具有优势取向的大尺寸Fe-Ga合金磁致伸缩材料。通过对影响固液界面的因素进行定性和定量分析，ABAQUS的模拟结果对利用此种定向凝固制备大尺寸、高性能Fe-Ga取向晶体的实验给予了肯定和引导方向。