部分微觀因素對AZ31鎂合金再結(jié)晶及晶粒長大影響的模擬研究.pdf

1、相場模型是建立在Ginzburg-Landau唯象理論上的一種基于經(jīng)典熱力學(xué)和動力學(xué)理論的物理模型，模型中的部分參數(shù)采用唯象處理。在相場法中，通過引入一套與時間和空間有關(guān)的場變量對體系的瞬時狀態(tài)進行描述，為我們提供了有關(guān)顯微組織變化的信息。
　　本文運用已經(jīng)改進的相場法模型，根據(jù)單相再結(jié)晶系統(tǒng)中局域自由能密度函數(shù)的表達式，引入成分場變量、儲能項等構(gòu)建了在工業(yè)應(yīng)用范圍內(nèi)模擬真實時空再結(jié)晶組織演化的模型，通過改變模型的參數(shù)，對影響AZ

2、31鎂合金再結(jié)晶及晶粒長大過程中的部分微觀因素進行了研究。
　　本研究首先通過模擬計算得知，在一定范圍內(nèi)，晶界作用域?qū)挾扰c自由能密度函數(shù)耦合項系數(shù)K1值無關(guān)，只與有序化參數(shù)梯度項系數(shù)K2值有關(guān)，而且耦合項系數(shù)K1值和梯度項系數(shù)K2值對界面能都有重要影響，但梯度項系數(shù)K2的值對界面能的影響程度更大。
　　接著，本研究考察了儲存能微觀因素的變化對AZ31鎂合金再結(jié)晶及晶粒長大過程的影響。模擬結(jié)果表明，在一定溫度下，AZ31鎂合金

3、系統(tǒng)再結(jié)晶及晶粒長大過程中晶粒的平均尺寸隨儲存能的增加而降低，平均生長速度隨儲存能的增大而減小。當(dāng)再結(jié)晶退火溫度由250℃提高到300℃時，儲存能對再結(jié)晶晶粒長大過程的影響的效果顯著增加，當(dāng)溫度由300℃提高到400℃時，儲能對再結(jié)晶晶粒長大過程影響效果的增加變化很小。
　　同時，本研究還考察了AZ31鎂合金系統(tǒng)的界面能微觀因素變化對再結(jié)晶晶粒長大過程的影響。模擬研究發(fā)現(xiàn)，合金系統(tǒng)存在一個等于0.33J/m2的臨界界面能值，當(dāng)界面

4、能大于該臨界值時，平均晶粒尺寸、晶粒長大速度均隨界面能的增加而顯著增大，當(dāng)界面能小于該臨界值時，界面能對再結(jié)晶及晶粒長大過程的平均晶粒尺寸影響很小。
　　另外，本文擴展相場法模型使之運用到納米尺度。利用相場模型模擬研究了納米結(jié)構(gòu)AZ31鎂合金晶粒異常生長規(guī)律，嘗試提供納米材料顯微組織控制而提高塑韌性的新途徑。模擬研究發(fā)現(xiàn)，通過控制局域界面能、儲存能和界面能動性三個微觀因素，可以實現(xiàn)在納米基體中出現(xiàn)局部的晶粒異常生長，以構(gòu)造期望的晶

5、?；旌巷@微組織。此模擬結(jié)果說明，如果產(chǎn)生少數(shù)特殊取向的初始納米晶粒含有局部低晶界能、局部高的儲存能、或局部高的界面能動性時，可以得到納米基體中分散少量微米級大晶粒的微觀組織，以期望在保持高強度的同時改善納米材料的韌性。
　　最后，本論文還模擬研究了ZA31鎂合金中Al原子擴散微觀因素對晶界偏析和晶粒長大的影響。得到如下結(jié)論:根據(jù)有序化參數(shù)模擬出的晶粒顯微組織圖和根據(jù)成分場模擬出的晶粒顯微組織圖是一致的，表明了局部自由能函數(shù)構(gòu)造的正