儲(chǔ)能、形核等微觀機(jī)理對(duì)AZ31鎂合金再結(jié)晶影響的相場(chǎng)模擬研究.pdf

1、合金的再結(jié)晶，是金屬材料成型過(guò)程中細(xì)化顯微組織和控制性能的重要方法。AZ31鎂合金具有良好的延展率和較高強(qiáng)度，然而該合金室溫塑性低，元素含量較低，時(shí)效強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化效果均不理想，于是再結(jié)晶成為控制該合金組織，提高其性能的有效手段，因此本研究選取AZ31鎂合金為作為范例，建立了一個(gè)相場(chǎng)法模擬材料再結(jié)晶的模型，相場(chǎng)法實(shí)現(xiàn)了工業(yè)尺度真實(shí)時(shí)空下再結(jié)晶過(guò)程演變的模擬，模擬結(jié)果得到了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的證明，利用新模型模擬研究了主要再結(jié)晶微觀機(jī)理與AZ31晶

2、粒長(zhǎng)大的關(guān)系。
　　論文討論了當(dāng)前固態(tài)組織演變過(guò)程的相場(chǎng)法模擬模型，論證了相場(chǎng)法中界面的概念以及模型中界面的各種處理方法，論證了晶界作用域的作用，闡述了晶界作用域就是相場(chǎng)模型中界面處有序化變量的變化范圍，其物理意義是界面能量的分布范圍，并對(duì)應(yīng)于成分界面偏析的范圍。
　　在相場(chǎng)再結(jié)晶模型中提出了形式為f(ηde i,ηrej）=D(ηdei)2（1-(ηrej）2）的冷變形儲(chǔ)能項(xiàng)?？疾炝死渥冃螒?yīng)變大小對(duì)形變金屬的亞晶粒尺寸和儲(chǔ)

3、能的影響的機(jī)理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，代入到本文建立的再結(jié)晶模擬模型，成功地再現(xiàn)了再結(jié)晶晶粒尺寸隨預(yù)先冷變形量增加存在一個(gè)臨界變形量對(duì)應(yīng)尺寸峰值的普遍實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并給出了這一有趣實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象機(jī)理的理論解釋。
　　本文通過(guò)論證參數(shù)Bre1、Bde1、Bre2、Bde2與界面能的關(guān)系，根據(jù)該關(guān)系確定了其值，同時(shí)將自由能密度函數(shù)中成分相關(guān)的表達(dá)與熱力學(xué)數(shù)據(jù)軟件THERMOCALC計(jì)算得到的該合金自由能成分曲線進(jìn)行數(shù)值擬合，確定了參數(shù)A、A1、A2的真實(shí)值

4、。模型建立得出，晶界作用域?qū)挾戎饕商荻软?xiàng)系數(shù)決定，晶界能則由梯度項(xiàng)系數(shù)和耦合項(xiàng)系數(shù)共同決定。對(duì)于AZ31鎂合金，模擬研究了晶界作用域?qū)挾热≈档暮侠硇院蛯?duì)顯微組織影響的關(guān)系，得出取值為1.18μm時(shí)，模擬符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而確定了梯度項(xiàng)系數(shù)和耦合項(xiàng)系數(shù)。
　　模型提出了界面遷移率有關(guān)的系數(shù)L可以表達(dá)為阿倫尼烏斯公式形式，并確定了其中的激活能是該系統(tǒng)中合金元素原子尺寸最大的Zn原子的偏析激活能。通過(guò)比較在400℃時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)值的方法，確

5、定了界面能動(dòng)性表達(dá)式中的與溫度無(wú)關(guān)系數(shù)L0的值。
　　本文應(yīng)用該模型模擬了AZ31在210℃-400℃范圍內(nèi)的再結(jié)晶過(guò)程，模擬得出:儲(chǔ)能的增加可以顯著地增大AZ31鎂合金再結(jié)晶晶粒尺寸，儲(chǔ)能的影響在退火初期影響顯著，隨著退火時(shí)間的增加，影響逐漸的變小;基于再結(jié)晶形核是已有晶界弓出的機(jī)理，而再結(jié)晶初期是儲(chǔ)能高速釋放的物理過(guò)程，模型模擬晶粒演變自然表現(xiàn)出了一個(gè)再結(jié)晶形核階段，并且發(fā)現(xiàn)再結(jié)晶晶界形核率存在一個(gè)2.91個(gè)/μm2很小的臨界