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相场方法模拟合金无序—有序相转变和晶粒长大

秦晓冰  
【摘要】: 相场法作为材料微观组织演变的一种模拟方法已经被越来越广泛的应用到各种常见的微组织演化的模拟当中。它通过场变量简单明了地表征出任何一种复杂组织的几何形貌、可以在相同的物理和数学模型下模拟诸如:形核、长大和粗化等不同的现象。因此它是计算机模拟各种微组织演化的首选方法,例如模拟凝固以及枝晶形成、Ostwald熟化、失稳分解、有序-无序相转变、马氏体相变、晶粒长大等等。为此,本论文探讨了宏观和微观相场法在晶粒长大和合金沉淀相析出两种微观组织演化中的具体应用。 首先,应用宏观相场方法采用多序参量唯象晶粒长大相场模型,对单相多晶材料中最基本的显微组织演化过程之一晶粒长大进行二维模拟,初步验证了相场方法的有效性,结果表明模型符合经典长大规律,晶粒尺寸分布是时间相关的,并可以由Weibull函数很好的描述。在此基础上探讨了势阱参数λ和能量梯度系数K_i的大小对晶粒长大和晶粒尺寸分布的影响,得到结论:λ值越大越会抑制晶粒生长,随着K_i的增大,晶粒生长加速,并且所形成的晶界也越厚。其次,应用微观相场法在原子层面上对合金有序-无序相转变进行仿真,以Al_3Li合金作为具体研究对象,对其δ′相析出过程进行简单研究,探讨了δ′相沉淀机制、得出其粗化行为随有序相长大而发生。


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