Параметры возмущенного состояния вершины дендрита в глубоко переохлажденных расплавах никеля и меди

Abstract

Объект исследования – морфологическая устойчивость вершины свободного дендрита в переохлажденном расплаве чистого вещества. Рассмотрены области глубоких переохлаждений: для никеля DT > 166 K, для меди DT > 180 K. Отличительная черта изучаемых процессов – наличие двух скоростей распространения малых возмущений (скоростей «звука»). Определены зависимости этих скоростей от переохлаждения расплава. Подробно изучены периодический и апериодический по координате режимы возмущения линии роста. Для этих устойчивых режимов обнаружена возможность наблюдения одной и той же скорости волны возмущения в двух процессах, отличающихся один от другого размерами пространственной неоднородности фона перед волной и характерными временами затухания волны. Показано, что апериодическая неустойчивость появляется, если после прохождения фронта волны ширина зоны неоднородности линии роста уменьшается. Резонансный режим возбуждения вершины дендрита демонстрирует важные различия между свойствами расплава никеля и меди. Прежде всего это относится к температурным зависимостям резонансной частоты и скорости стоячей волны, формирующейся в окрестности вершины. Приведены численные расчеты и представлена графическая информация, иллюстрирующая закономерности роста дендритов никеля и меди.

The object of study is the morphological stability of the tip of a free dendrite in a supercooled melt of a pure substance. Areas of deep supercooling are considered: for nickel DT > 166 K, for copper – DT > 180 K. A distinctive feature of the processes being studied is the presence of two propagation velocities of small disturbances (velocities of “sound”). The dependences of these rates on the supercooling of the melt were determined. The periodic and coordinate-aperiodic modes of perturbation of the growth line have been studied in detail. For these stable regimes, the possibility of observing the same speed of the disturbance wave in two processes, differing from each other in the size of the spatial inhomogeneity of the background in front of the wave and the characteristic wave attenuation times, was discovered. It is shown that aperiodic instability appears if, after the passage of the wave front, the width of the growth line inhomogeneity zone decreases. The resonant excitation mode of the dendrite tip demonstrates important differences between the properties of the nickel and copper melts. First of all, this relates to the temperature dependences of the resonant frequency and the speed of a standing wave formed in the vicinity of the vertex. Numerical calculations are presented and graphic information is presented illustrating the patterns of growth of nickel and copper dendrites.