晶粒長大過程及其生長動力學(xué)的相場法研究.pdf

1、晶粒長大是純金屬、合金、陶瓷等多晶材料中最普遍的晶粒生長現(xiàn)象，對材料性能有重要影響，系統(tǒng)研究多晶材料晶粒長大過程及其動力學(xué)具有重要的理論和工程意義。隨著計算材料科學(xué)的發(fā)展，計算機模擬已逐漸成為材料微觀組織設(shè)計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大相場模型，系統(tǒng)研究了單相系統(tǒng)中正常晶粒長大、晶界能各向異性的晶粒長大、兩相多晶材料的晶粒長大以及有第二相顆粒存在條件下的晶粒長大過程，全面分析了多晶材料中晶粒組織演變、動力學(xué)

2、以及拓撲學(xué)演化規(guī)律，主要結(jié)論如下： 1．相場模型可真實再現(xiàn)多種條件下的多晶材料晶粒演化過程及其拓撲學(xué)變化，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合良好。 2．在單相晶界能各向同性晶粒演化過程中，晶界夾角趨于120°，晶粒平均表面積或截面積和演化時間成線性關(guān)系，當(dāng)晶粒生長趨于穩(wěn)定后，晶粒歸一化半徑分布不隨演化時間而變化；晶粒生長速率和梯度能系數(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，晶粒生長變緩，組織均勻化程度降低。 4．兩相組織晶粒長大過程中，不同體積分數(shù)相晶粒歸一化半徑分布峰值隨著演化時間的增加都逐漸趨近于1，相體積分數(shù)越大，其歸一化晶粒半徑峰值趨于1的速度越快。隨著相體積分數(shù)的增大，晶粒組織達到穩(wěn)定的時間越短。兩相體積分數(shù)相差較