晶粒長(zhǎng)大過(guò)程及其生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的相場(chǎng)法研究.pdf

1、晶粒長(zhǎng)大是純金屬、合金、陶瓷等多晶材料中最普遍的晶粒生長(zhǎng)現(xiàn)象，對(duì)材料性能有重要影響，系統(tǒng)研究多晶材料晶粒長(zhǎng)大過(guò)程及其動(dòng)力學(xué)具有重要的理論和工程意義。隨著計(jì)算材料科學(xué)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬已逐漸成為材料微觀組織設(shè)計(jì)及微觀組織演化研究的重要手段。本文采用多序參量唯象晶粒長(zhǎng)大相場(chǎng)模型，系統(tǒng)研究了單相系統(tǒng)中正常晶粒長(zhǎng)大、晶界能各向異性的晶粒長(zhǎng)大、兩相多晶材料的晶粒長(zhǎng)大以及有第二相顆粒存在條件下的晶粒長(zhǎng)大過(guò)程，全面分析了多晶材料中晶粒組織演變、動(dòng)力學(xué)

2、以及拓?fù)鋵W(xué)演化規(guī)律，主要結(jié)論如下： 1．相場(chǎng)模型可真實(shí)再現(xiàn)多種條件下的多晶材料晶粒演化過(guò)程及其拓?fù)鋵W(xué)變化，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。 2．在單相晶界能各向同性晶粒演化過(guò)程中，晶界夾角趨于120°，晶粒平均表面積或截面積和演化時(shí)間成線性關(guān)系，當(dāng)晶粒生長(zhǎng)趨于穩(wěn)定后，晶粒歸一化半徑分布不隨演化時(shí)間而變化；晶粒生長(zhǎng)速率和梯度能系數(shù)κ<'0.5>成正比，與耦合參數(shù)r<'1.5>成反比。 3．晶界能各向異性系統(tǒng)中低能晶界比

3、較穩(wěn)定，高能晶界迅速合并，晶粒大小分布不均勻。各向異性系統(tǒng)中，晶粒尺寸和邊數(shù)的分布較各向同性系統(tǒng)寬，平均晶粒面積在兩個(gè)不同系統(tǒng)中呈現(xiàn)出不同的分布形式。隨著晶界能各向異性的增強(qiáng)，晶粒生長(zhǎng)變緩，組織均勻化程度降低。 4．兩相組織晶粒長(zhǎng)大過(guò)程中，不同體積分?jǐn)?shù)相晶粒歸一化半徑分布峰值隨著演化時(shí)間的增加都逐漸趨近于1，相體積分?jǐn)?shù)越大，其歸一化晶粒半徑峰值趨于1的速度越快。隨著相體積分?jǐn)?shù)的增大，晶粒組織達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間越短。兩相體積分?jǐn)?shù)相差較