三维晶粒长大速率方程的大尺度Ports模型Monte Carlo仿真验证

采用Potts模型Monte Carlo方法对3种现存的三维个体晶粒长大速率拓扑依赖性方程进行了仿真验证．结果表明,Rivier速率方程认为晶粒体积变化率dVf／dt与晶粒面数f成线性关系,与仿真结果明显不符,不适用于描述三维晶粒长大过程的动力学．当晶粒面数f≥8时,Yu—Liu速率方程和MacPherson-Srolovitz速率方程均与仿真结果很好吻合,表明这两者均可以用来定量描述三维晶粒长大过程的动力学;当f〈8时,这两个方程均与仿真结果有显著差异．     

STUDY OF 3D QUASI--STATIONARY GRAIN SIZE DISTRIBUTION DERIVED FROM MACPHERSON—SROLOVITZ TOPOLOGY--RELATED GRAIN GROWTH RATE EQUATION

以MacPherson-Srolovitz提出的三维个体晶粒长大拓扑依赖速率方程以及三维晶粒组织的晶粒尺寸-晶粒面数间的抛物线型统计关系为基础,导出了相应的描述三维准稳态晶粒尺寸分布的函数族.采用纯Fe实验数据以及顶点法、基元演化法.相场模型和Monte Carlo法进行了验证,结果表明,函数族中峰值左偏的函数适合三维准稳态晶粒尺寸分布的定量表述.将该函数与Liu等提出的2种三维准稳态晶粒尺寸分布函数进行的对比表明:此3种函数的解析表达形式有所不同,但其曲线图在一定条件下相互吻合.此外,MacPherson-Srolovitz三维拓扑依赖速率方程、Hillert三维速率方程及Yu-Liu三维速率方程尽管表达形式不同均能较好地反映三维正常晶粒长大的动力学规律.     

基于晶粒长大拓扑依赖性的准稳态三维晶粒尺寸分布

基于三维个体晶粒表面积的变化率与晶粒拓扑性质之间的定量关系和晶粒尺寸一面数关系的假设，推导了一个拓扑相关的个体晶粒长大速率方程．该方程表明，个体晶粒的尺寸变化率不仅与其自身尺寸有关，而且也与拓扑特征有关．在此基础上，借鉴最新的关于粒子粗化理论中的晶粒长大连续方程，对三维晶粒长大过程准稳态阶段的晶粒尺寸分布进行了求解．结果显示，所得准稳态三维晶粒尺寸分布是一个单参数函数族．该结论得到了顶点法、基元演化法、相场模型和Monte Carlo法这4种晶粒长大仿真方法所得三维准稳态晶粒尺寸分布数据的支持．     

基于元胞自动机的三维晶粒生长动力学研究

本文基于热力学转换机制和能量跃迁原理,采用Metropolis算法改进的元胞自动机模型,对AZ31镁合金三维晶粒长大过程进行仿真研究,并对其晶粒尺寸与晶粒长大动力学进行统计分析。仿真结果表明:采用改进转变规则后的元胞自动机模型更加接近于实际三维晶粒的正常长大过程。在模拟过程中,系统总自由能降低,不同时刻晶粒尺寸均呈现正态分布。晶粒直径与平均晶粒直径的比值R/Rm≈1.0的晶粒分布最多,满足晶粒演变最小能量准则。分析晶粒长大动力学可知,三维晶粒长大遵循晶粒演变过程中平均晶粒尺寸随时间变化的关系,晶粒长大指数为0.47941,非常接近于理论值0.5。通过实验对AZ31镁合金保温过程中晶粒尺寸变化规律进行研究,进一步验证了本文建立的三维元胞自动机模型的可靠性与准确性。     

FGH96合金锻造盘坯热处理过程中的晶粒长大行为

研究了等温锻造后的FGH96合金盘坯件在热处理过程中的晶粒长大规律。结果表明,当热处理温度低于1050℃时,盘坯轮心部位的晶粒几乎不长大;当热处理温度高于1120℃时,轮缘部位晶粒长大迅速;在单相奥氏体区,晶粒的长大规律满足Beck方程,其生长指数随温度升高而增加。当温度一定,初始晶粒越细,其长大速率越快并且生长指数值越高。建立了轮缘部位的晶粒长大动力学方程。     

薄层铜包钢线钢芯的再结晶晶粒长大规律研究

采用金相分析法研究了薄层铜包钢线钢芯在不同退火温度及保温时间下再结晶及晶粒长大的规律,并在此基础上,对其晶粒生长动力学方程进行了数学回归分析。结果表明:随铜包钢退火温度升高,薄层铜包钢线钢芯组织经历回复-再结晶-晶粒长大的过程,即晶粒尺寸在这一过程中均呈现增加的趋势;晶粒长大动力学方程符合Beck方程,基于Beck方程以及普遍适用性的长大动力学方程进行数值回归分析,计算出再结晶晶粒长大激活能为42.66k J/mol。     

不同初始组织的3D晶粒长大仿真及其准稳态分布研究

设计了晶粒尺寸分别呈β=2.96与β=3.47的Weibull分布的2种3D初始晶粒组织,采用Pons模型Monte Carlo改进算法进行了界面曲率驱动的3D晶粒长大过程的仿真研究.晶粒仿真长大过程遵循抛物线长大规律,且晶粒生长指数非常接近于理论值0.5.仿真结果表明:源于2种初始组织所得准稳态晶粒尺寸均趋于β=2.80±0.03的同种Weibull分布,准稳态晶粒面数则均呈对数正态分布.进一步分析发现,刘国权及其合作者近年来基于不同长大速率理论模型导出的两类3D准稳态晶粒尺寸分布函数与本文仿真实验所得数据相互吻合.     

焊接热影响区晶粒长大过程的微观组织模拟

利用蒙特卡罗方法(MC)结合焊接工艺试验，模拟了单相合金焊接热影响区(HAZ)的晶粒长大过程。文中首先应用试验方法确定了材料的晶粒长大动力学方程，在不同峰值温度和冷却速度等热输入的情况下，模拟结果再现了晶粒长大的动态过程，并体现出热钉扎效应。得出了与焊接实际过程相一致的模拟结果。为以后进行三维焊接热影响区晶粒长大模拟奠定了可靠的基础。     

FGH96合金晶粒长大规律的研究

对FGH96合金在热处理过程中晶粒长大规律进行了系统的研究。结果表明，γ’相对晶粒长大有显著阻碍作用，在低于γ’相固溶温度(1109℃)热处理时，大量未溶解的γ’相使得晶粒长大缓慢；在高于γ’相固溶温度以上时，合金为单相奥氏体组织，晶粒随温度的升高快速长大。晶粒长大动力学表明：在高于，相固溶温度以上时，晶粒生长指数随着热处理温度的升高而增加；在热处理温度为1135℃和1150℃下的晶粒长大激活能为293．4kJ／mol，晶粒长大机理为自扩散过程控制机理，并建立了相应的晶粒长大动力学方程。     

固溶处理对GH4169合金组织与性能的影响

研究了热处理温度和保温时间对GH4169合金晶粒长大规律和硬度的影响.结果表明,δ相对晶粒长大有显著阻碍作用,在低于δ相完全溶解温度热处理时,未溶解的δ相使晶粒长大缓慢;在高于δ相完全溶解温度热处理时,合金为单相奥氏体组织,晶粒随温度的升高迅速长大.晶粒长大动力学表明:在热处理温度高于1050℃时的晶粒长大激活能为157.6kJ/mol,晶粒长大机理为Ni基合金的晶界扩散过程所控制,同时也建立了相应的晶粒长大动力学方程.