对铸件的凝固组织进行数值模拟,有利于深入理解凝固组织形成机制,从而优化铸件的成型工艺。本文基于凝固枝晶生长的二维相场模型,建立了其三维相场模型。枝晶生长过程可以分为两个阶段。第一阶段,晶核在过冷熔体中逐渐长大,并沿主轴方向优先生长;第二阶段,在一次枝晶臂上萌发侧向分支,当一次枝晶臂生长到边界时,生长受到限制,枝晶主干停止生长,侧向分支竞争生长并且粗化,趋于充满计算区域。界面原子运动时间参数τ0对枝晶形貌影响很大。当τ0很小时,固液界面不稳定,扰动容易放大,形成复杂的边枝,枝晶形状发生了变异,扰动的影响使晶粒生长速度较快,随着τ0的增大,固液界面变得稳定,形成了光滑的枝晶形貌。随着过冷度增加,枝晶尖端生长速度加快,过冷度越大,侧向分支越多。热噪声对定向凝固固液界面形态转变起了重要作用,在热噪声作用下,晶体生长形态将由光滑的胞晶结构向侧向分支的胞状枝晶转变。本文研究了各向异性系数对NiCu合金枝晶生长的影响,随着各向异性增加,NiCu合金固液界面浓度梯度增加,枝晶生长速度加快,当各向异性系数增大到0.07时,由于枝晶尖端生长速度大于溶质原子扩散速度,使得溶质原子聚集在固相中,从而大大提高了固相浓度。相场和温度场的耦合强度是非常重要的参数,它决定着热量和凝固的联系,对晶粒的生长具有绝对的控制作用。当耦合系数很小时,温度场对相场的影响较小,各个方向的生长速度大致相同,各向异性不明显;随着耦合系数的增大,各向异性程度加强,各个方向的生长速度变快,主轴方向的生长优势突出,枝晶主枝开始变得细长,界面前沿稳定,晶核长大为光滑的枝晶,温度边界层变薄。