相場(chǎng)方法模擬含硬質(zhì)顆粒的晶粒長(zhǎng)大過(guò)程.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。晶粒尺寸作為材料顯微組織結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要指標(biāo)，它的變化對(duì)材料的塑性、韌性、強(qiáng)度、硬度和耐磨性等力學(xué)性能以及機(jī)械加工性能具有重大的影響。隨著計(jì)算機(jī)的硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在人們已經(jīng)能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬方法研究晶粒長(zhǎng)大的過(guò)程。多晶材料晶粒長(zhǎng)大過(guò)程中，如果存在第二相硬質(zhì)顆粒，則其對(duì)晶粒長(zhǎng)大過(guò)程中晶界有了強(qiáng)烈的釘扎作用，將阻止晶粒的進(jìn)一步長(zhǎng)大，從而得到細(xì)化晶粒，提高材料性能的作用。在實(shí)際

2、應(yīng)用中，通過(guò)直接引入第二相難熔顆粒，或者經(jīng)一定熱處理工藝（如時(shí)效）析出第二相顆粒來(lái)阻止晶粒的長(zhǎng)大，以細(xì)化最終粒組織，提高材料的力學(xué)性能。本文采用多序參量相場(chǎng)模型，建立了包含硬質(zhì)顆粒的單、雙相晶粒同時(shí)長(zhǎng)大的熱力學(xué)模型，模擬了含不同尺度的硬質(zhì)顆粒的單、雙相晶粒長(zhǎng)大過(guò)程，研究不同體積分?jǐn)?shù)和不同尺寸的硬質(zhì)顆粒對(duì)單、雙相晶粒長(zhǎng)大演化及其生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的作用和影響，在此基礎(chǔ)上，還研究了棒狀顆粒對(duì)單相晶粒長(zhǎng)大的影響，主要結(jié)論如下：
　　 1、晶粒

3、長(zhǎng)大過(guò)程中，絕大部分圓形第二相粒子位于三晶交點(diǎn)處，棒狀第二相粒子位于晶界處并與晶界方向較好的保持一致，第二相粒子表現(xiàn)出強(qiáng)烈地釘扎晶界的作用。晶粒極限半徑符合Zener關(guān)系：
　　 棒狀第二相粒子：Rlim/r=1.18fa-0.48；圓形第二相粒子：Rlim/r=l.27fa-0.47。
　　 2、在含第二相粒子的系統(tǒng)中，晶粒長(zhǎng)大符合指數(shù)長(zhǎng)大規(guī)律，其生長(zhǎng)指數(shù)要比第三相粒子釘扎的兩相晶粒生長(zhǎng)指數(shù)要小。
　　 3、當(dāng)

4、體系中第二相粒子面積分?jǐn)?shù)較小時(shí)，棒狀粒子與圓形粒子對(duì)晶粒長(zhǎng)大的釘扎作用沒(méi)有明顯差別；當(dāng)體系中第二相粒子面積分?jǐn)?shù)較大時(shí)，棒狀粒子釘扎效果好于圓形粒子。
　　 4、采用相場(chǎng)模型模擬了兩相晶粒長(zhǎng)大過(guò)程得到的晶粒組織形貌，生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)指數(shù)與已有理論吻合。
　　 5、基于兩相多晶材料正常晶粒長(zhǎng)大過(guò)程的相場(chǎng)模型，創(chuàng)立了一個(gè)可以模擬第三相硬質(zhì)顆粒對(duì)兩相晶粒組織長(zhǎng)大過(guò)程的新模型，模擬結(jié)果可以比較準(zhǔn)確地反映硬質(zhì)顆粒對(duì)兩相組織的影響，與目前的