检索结果-南通市图书馆

Fe-C二元合金多次相变晶粒生长的多相场法模拟研究

在线全文

同方期刊数据库

学校读者我要写书评

暂无评论

Fe-C二元合金多次相变晶粒生长的多相场法模拟研究

作者：贾北北兰州理工大学

学位级别：硕士

材料成型过程中微观组织结构的研究是材料学的焦点。实验法由于受到条件的限制无法全面的研究,而数值模拟为合金材料的研制提供了一个新途径。相场法是能直接模拟材料微观组织演化过程的一种数值模拟方法,由于它不需要追踪界面的位置,... 详细信息

材料成型过程中微观组织结构的研究是材料学的焦点。实验法由于受到条件的限制无法全面的研究,而数值模拟为合金材料的研制提供了一个新途径。相场法是能直接模拟材料微观组织演化过程的一种数值模拟方法,由于它不需要追踪界面的位置,并且有效的克服了其它模拟方法的局限性问题,在材料的微观组织模拟方面具有独特的优势,广泛应用于合金材料微观组织演化的研究中。本文基于单次相变的多相场模型,建立由温度控制的顺序函数,耦合顺序函数重新表征相场控制方程;耦合液-固相变模型和固-固相变模型建立新的液-固-固多次相变的多相场模型;综合考虑晶界缺陷与溶质富集对区域自由能的影响,建立了多次相变中固-固相变的形核模型,并提出了受母相晶粒取向影响的固-固相变晶粒生长各向异性参数方程。以Fe-C合金为例,对材料多次相变过程中微观组织结构的连续演化过程进行模拟研究。分析合金凝固相变的结果对固态相变微观组织演化的影响,研究合金凝固相变和固态相变多次转变微观组织结构的连续演化机制以及工艺参数对其组织结构的影响规律。通过模拟研究得到以下结论:材料多次相变微观组织演化是一个连续的过程,后次相变受前次相变结果的影响;受到形核功和自由能的影响,铁素体优先在奥氏体的晶界处形核;不同形核位置的铁素体有不同的形态;铁素体晶粒的生长速率和形貌受到母相奥氏体晶粒与新相铁素体晶粒间的取向角度的影响,且在不同的生长方向上有不同的生长速率;在角度较大的奥氏体晶界处形核生长的铁素体,生长速度小于在角度较小的奥氏体晶界处形核生长的铁素体;在大角度奥氏体晶界处形核生长的铁素体在晶界两边不同母相奥氏体中的生长速度差异要大于小角度奥氏体晶界处形核生长的铁素体;奥氏体向铁素体转变时,过饱和碳原子向奥氏体相一侧转移,在铁素体-奥氏体界面处形成碳的富集;奥氏体-铁素体相变为混合控制生长型相变,相变中碳扩散与相界迁移受相变温度的影响,随着温度的降低,铁素体生长方式从扩散控制型生长向界面控制型生长转化。

关键词：多次相变微观组织多相场法形核理论晶粒取向

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

Fe-C二元合金包晶相变的相场法模拟

兰州理工大学学报 2020年第3期46卷 13-17页

作者：冯力仲军和王军安国升王怀志高亚龙兰州理工大学材料科学与工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050 青岛大学材料科学与工程学院山东青岛266100 浙江久立特材科技股份有限公司浙江湖州313000

以Fe-0.79 mol%C二元合金为例,采用多相场法,模拟研究了包晶相变过程中不同过冷度下奥氏体的演化过程,讨论了过冷度对奥氏体生长速度与形貌的影响.结果表明:包晶反应过程中,在界面迁移率与溶质富集的影响下,靠近三相节点处的部分δ相重... 详细信息

以Fe-0.79 mol%C二元合金为例,采用多相场法,模拟研究了包晶相变过程中不同过冷度下奥氏体的演化过程,讨论了过冷度对奥氏体生长速度与形貌的影响.结果表明:包晶反应过程中,在界面迁移率与溶质富集的影响下,靠近三相节点处的部分δ相重熔,导致γ相向δ相内生长;当液相中的球状δ相表面发生包晶相变时,γ相作为一个外壳包围着δ相生长,最后在δ相周围形成一层γ相的核壳;随着过冷度的增加,包晶相变的驱动力增加,γ相的生长速度加快,γ相包围δ相的量越多。

关键词：多相场法 Fe-C二元合金包晶相变奥氏体过冷度

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

二元共晶定向凝固的多相场法数值模拟

中国有色金属学报 2005年第7期15卷 1026-1032页

作者：朱耀产杨根仓王锦程赵达文樊建锋西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072

借助于多相场模型,利用移动盒算法模拟了小Peclet数下二元共晶模型合金的定向凝固过程。同时研究了共晶生长层片间距调整机制。模拟结果表明:当初始层片间距小于最小过冷层片间距时,层片调整通过两相的竞争生长与层片湮没进行;相反,当... 详细信息

借助于多相场模型,利用移动盒算法模拟了小Peclet数下二元共晶模型合金的定向凝固过程。同时研究了共晶生长层片间距调整机制。模拟结果表明:当初始层片间距小于最小过冷层片间距时,层片调整通过两相的竞争生长与层片湮没进行;相反,当初始层片间距大于最小过冷理论时,层尖的形核分叉生长使层片生长趋于稳定;再现了共晶1λ振荡不稳定性生长,通过分析局部动力学得出1λ振荡不稳定性生长原因为溶质再分配与共晶两相的体积调整。

关键词：多相场法定向凝固二元共晶

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

自由共晶生长的多相场等温数值模拟

稀有金属材料与工程 2007年第4期36卷 573-577页

作者：杨玉娟王锦程朱耀产张玉祥杨根仓西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072

采用Nestler多相场模型,模拟了给定不同数目与形态的核心及随机形核等不同初始条件下的自由共晶生长过程,研究了自由共晶生长机制;由固相体积分数随转变时间的对数关系曲线考察了Avrami指数的变化,证实自由共晶生长过程中存在3种生长机... 详细信息

采用Nestler多相场模型,模拟了给定不同数目与形态的核心及随机形核等不同初始条件下的自由共晶生长过程,研究了自由共晶生长机制;由固相体积分数随转变时间的对数关系曲线考察了Avrami指数的变化,证实自由共晶生长过程中存在3种生长机制:扩散控制生长、层片耦合生长及调幅分解生长,并且自由共晶生长过程实际是3种生长机制相互转变的过程。

关键词：多相场法共晶 Avrami指数生长机制

Fe-C二元合金凝固与共析转变多次相变的相场法模拟研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

Fe-C二元合金凝固与共析转变多次相变的相场法模拟研究

作者：路妮妮兰州理工大学

学位级别：硕士

采用相场法模拟研究金属凝固过程中微观组织结构的演化是目前材料研究领域的热点之一。Fe-C二元合金是应用最广泛的工程结构材料之一,广泛应用于航空航天、轨道交通、石油化工等领域。本文基于多相场模型,对Fe-C二元合金的多次相变过程... 详细信息

采用相场法模拟研究金属凝固过程中微观组织结构的演化是目前材料研究领域的热点之一。Fe-C二元合金是应用最广泛的工程结构材料之一,广泛应用于航空航天、轨道交通、石油化工等领域。本文基于多相场模型,对Fe-C二元合金的多次相变过程进行了数值计算。利用二元合金多晶粒竞争生长的相场模型,对Fe-C二元合金结晶过程中多晶粒竞争生长进行模拟,研究边界热流和高温氧化物、杂质等横向约束对枝晶微观组织形貌的影响。结果表明:横向约束的存在严重影响Fe-C二元合金凝固过程中枝晶微观组织结构的演化,改变了横向约束上方枝晶的组织结构与平均枝晶间距、影响枝晶的凝固速率、溶质扩散及溶质截留效应,对材料最终的性能会产生较大影响。不同尺寸的横向约束对枝晶具有不同的影响规律,相同尺寸的横向约束对具有不同初始枝晶间距的枝晶也有不同的影响规律。这可以作为一种材料制备方法,制备具有特定微观结构的枝晶,以提高材料的性能。边界热流对凝固过程中枝晶的生长形貌和溶质扩散产生的影响表现为大的边界热流对枝晶生长的抑制作用强,界面处的溶质偏析严重;大的边界抽热可促进枝晶的生长和二次枝晶的发育。基于二元合金共析转变相场模型,模拟研究界面能和扩散系数对层片状珠光体组织形貌的影响规律。结果表明:当界面自由能增大时,珠光体层片生长模式由规则对称向低对称、小幅度震荡的层片生长模式变化,珠光体组织生长速率会随之减小,渗碳体相的层片宽度增大,铁素体相界面前沿形貌由水平向凸起变化。当扩散系数不断增大时,珠光体的生长速率也随之增大,但珠光体界面前沿形貌无明显变化。此外,通过设置不同的横向约束,模拟研究共析转变时复杂环境对珠光体组织的影响。结果表明:横向约束对共析转变过程中共析组织的生长形貌、溶质扩散和界面的推进均有重要影响。共析组织生长在没有接触到横向约束时自由生长,接触到横向约束时横向约束下方的共析组织受到限制停止生长,穿过横向约束间隙向上生长的共析组织在穿过横向约束间隙以后发散生长,层间距变大。相同尺寸下不同形状的横向约束对穿过横向约束间隙向上生长的共析组织的生长形貌和溶质分布的影响作用是一样的,横向约束下方共析组织的上表面形状由横向约束下表面形状决定。计算区域中间的球形约束随着直径的不断增大,对靠近球形约束的共析组织产生的影响越大。基于现有液-固相变、共析转变的多相场模型,重新表征包含顺序函数的相场控制方程,基于晶界自由能函数建立共析转变形核模型,耦合溶质场建立可以描述合金凝固和共析转变连续多次相变的多相场模型,以Fe-C合金为例,在中尺度下模拟二元合金的凝固和共析转变多次连续相变的演化过程。研究合金连续相变微观组织结构的演化机制,为定量描述金属材料连续相变过程中微观组织演化的模拟建立一定的基础。

关键词：多相场法 Fe-C二元合金枝晶生长共析转变多次相变

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

Fe-C二元合金包晶相变的相场法模拟研究

Fe-C二元合金包晶相变的相场法模拟研究

作者：仲军和兰州理工大学

学位级别：硕士

微观组织的结构决定了铸件在工况条件下使用的性能,因此如何正确有效的控制金属微观组织的形成是很重要的,具有很深的科学研究与工程指导意义。金属在成型的过程中,多种参数对微观组织的生长形貌产生影响,然而该过程是很难用实验的方法... 详细信息

微观组织的结构决定了铸件在工况条件下使用的性能,因此如何正确有效的控制金属微观组织的形成是很重要的,具有很深的科学研究与工程指导意义。金属在成型的过程中,多种参数对微观组织的生长形貌产生影响,然而该过程是很难用实验的方法去观察。相场法的数值模拟为研究金属成型过程中微观组织的形成提供了有效的条件,可以直接观察\微观组织的形成。数值模拟不仅有效的节约了微观组织研究的成本,而且缩短了研究周期,又能定量分析各类参数与微观组织的关系,为研究金属成型过程中的工艺控制提供了理论指导。相场法是一种模拟金属微观组织有效的数值计算方法,能描述微观形貌的演化过程。近年来,相场法模拟研究逐渐从单次相变向多次相变完善,相场模型也在不断地完善,更切合实际的模拟研究金属相变的过程,目前广泛运用于研究材料相变过程中的微观形貌。本研究提出了一个多相场连续相变的模型,以Fe-C二元合金为例,模拟了等轴晶与枝晶状的δ晶粒表面发生包晶相变微观形貌的演化过程,模拟结果表明:等轴状的δ晶粒在包晶相变过程中,γ相偏离液/固界面,向δ相内生长,这是因为界面迁移速率M>M;γ/δ界面溶质富集导致三相节点处的部分δ相熔化,使得(L+δ→γ)发生;等轴状与枝晶状的δ晶粒在液相中包晶相变时,γ相作为一个外壳包围着δ相生长,包晶反应结束后在δ相周围形成一层γ相的核壳,δ相完全被γ相包围之后,包晶相变由包晶反应转变成包晶转变;在等轴状的δ晶粒发生包晶相变时,过冷度影响γ相的生长速度,随着过冷度的增加,包晶反应的驱动力增加,γ相的生长速度加快,γ相包围的δ相量越多;枝晶状的δ相完全被γ相包围之后,膜壳将L相与δ相隔离开来,使得包晶相变由包晶反应变成包晶转变,在随后的包晶转变过程中奥氏体不断生长,最后充满整个模拟区域。包晶转变过程中奥氏体向L相中生长的平均速率要明显大于向δ相铁素体内生长的平均速率,这是因为碳原子在液相中的扩散系数要远大于在固相中的扩散系数;包晶反应速率与奥氏体形核位置的曲率有关,在大曲率界面下形核时,包晶反应的速率快;小曲率界面下形核时,包晶反应的速度慢。形核位置的曲率只对包晶反应的速度有影响,对后期包晶转变过程中奥氏体向L相与δ相铁素体中的生长无明显影响。

关键词：多相场法多次相变微观组织包晶反应包晶转变

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

多相场法数值模拟共晶凝固研究进展

特种铸造及有色合金 2004年第3期24卷 45-47页

作者：朱耀产杨根仓王锦程赵达文于艳梅西北工业大学

阐述了多相场法模拟共晶凝固原理和研究现状。多相场模型经历了从纯物质晶粒到多元多相合金 ,从各向同性到各向异向 ,从等温模拟到非等温模拟的发展过程。并指出进一步的研究方向 ,认为未来将是发展包括流场、应力场以及其他场作用的共... 详细信息

阐述了多相场法模拟共晶凝固原理和研究现状。多相场模型经历了从纯物质晶粒到多元多相合金 ,从各向同性到各向异向 ,从等温模拟到非等温模拟的发展过程。并指出进一步的研究方向 ,认为未来将是发展包括流场、应力场以及其他场作用的共晶多相场模型。

关键词：多相场法凝固过程共晶合金微观组织数值模拟

ZrCo合金的储氢性能及氢致歧化动力学行为研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

ZrCo合金的储氢性能及氢致歧化动力学行为研究

作者：张坤西南大学

学位级别：硕士

随着人类社会的快速发展,不可再生化石能源的过度消耗,开发和利用高效清洁型能源受到越来越多的关注。氢作为一种高效载能体,其燃烧热值是汽油的三倍,可达到123 MJ/Kg,并且水是氢燃烧后的唯一实体产物,对环境友好。此外,氢同位素是核聚... 详细信息

随着人类社会的快速发展,不可再生化石能源的过度消耗,开发和利用高效清洁型能源受到越来越多的关注。氢作为一种高效载能体,其燃烧热值是汽油的三倍,可达到123 MJ/Kg,并且水是氢燃烧后的唯一实体产物,对环境友好。此外,氢同位素是核聚变的主要燃料,它的储氢、供给系统是核聚变工程中的重要组成部分。鉴于核聚变能具有安全、洁净、能量密度高等特点,当前国内外研究聚焦在核聚变能的开发及应用方面。因此,氢被视为极具应用前景的高效能源。然而,无论是氢能还是核聚变能,氢及其同位素的安全、高效储存都是其亟待解决的关键问题。锆钴(ZrCo)合金具有优异的储氢(及其同位素)性能,其最大储氢量可达H/ZrCo=3 atom/f.u.(约160 ml/g),优异的吸放氢动力学性质可使其在较短时间内完成吸氢过程。并且与氢同位素的储存材料铀(U)相比,ZrCo氢化物在室温下不存在放射性及可燃性,是一种具有高安全性的储氢合金。但是,大量实验研究发现:当储氢量较大时,歧化反应的发生促使ZrCo氢化物生成热稳定性更高的Zr H相,从而造成材料储氢性能的严重恶化。当前研究表明:歧化反应的发生与不同储氢间隙位的性能差异密切相关,并且吸放氢的动力学行为显著影响歧化反应发生的剧烈程度。为了充分发挥ZrCo合金的储氢性能,非常有必要设计与研发以ZrCo储氢合金为核心的储能器件,促进其在生产生活中的实际应用。本文从ZrCo氢化物的微观结构和歧化反应的动力学行为出发,对其储氢特性和抗歧化性能进行深入的探索和研究,提出优化ZrCo合金储氢能力、改善其抗歧化性能的思路及建议。首先,本文基于第一性原理分别讨论了在alpha和beta相ZrCo氢化物中,各间隙位在不同储氢量下的热力学稳定性和晶格稳定性。计算结果表明:对于同一储氢量,在alpha相中,氢在3c间隙位时与ZrCo合金的结合能大于12i间隙位;而在beta相中,与其他两种氢间隙位相比,氢在8e间隙位时的结合能最大,表明氢在占据此间隙位过程中所释放的热量最少。因而,从热力学角度上讲,8e位是beta相ZrCo氢化物中最不稳定的氢间隙位,其热力学稳定性最差。随后,本文比较了各间隙位在储氢前后的力学性能和总能态密度。结果表明:beta相中氢在8e间隙位时,相应ZrCo氢化物的晶格稳定性最差。综合考虑ZrCo氢化物的热力学稳定性和晶格稳定性可认为:同其他间隙位相比,氢占据8e间隙位会促进歧化反应的发生。本文进一步研究了Ti/Rh部分掺杂beta相ZrCo氢化物后,各间隙位的储氢性能变化。计算结果表明:Ti部分取代Zr之后形成ZrTiCo,当氢占据8e间隙位时,由于相应氢化物的热力学稳定性和晶格稳定性都得到了提高,这时ZrCo氢化物的抗歧化性能得到显著改善;但在Rh部分取代Co所形成的ZrCoRh合金中,当氢占据8e间隙位时,相应氢化物的热力学稳定性变差,使得抗歧化性能进一步恶化。最后,本文利用多相场模型来研究ZrCo合金在673 K下,ZrCo H(alpha相)、ZrCo H(beta相)、Zr H和ZrCo等各相的形核及长大过程。该模型考虑了吸放氢过程中的相组织结构,利用系统能量的涨落作为相变驱动力,进而用来模拟各相的演化情况。结果表明:在673 K下,歧化产物Zr H与ZrCo相主要来源于beta相氢化物ZrCo H。由于alpha相ZrCo氢化物与ZrCo相的结构差异较大,使得其在发生歧化相变时,原子的迁移距离更远,相变过程中耗散的形核功更多。因此,与beta相氢化物相比,alpha相氢化物在673 K下,更难直接发生歧化反应,反而它更倾向于与氢结合,形成beta相ZrCo氢化物。本文以ZrCo合金为研究对象,对其储氢能力和抗歧化性能进行深入研究,旨在改善ZrCo合金的储氢能力,提高其在吸放氢过程中的循环使用寿命,为氢气的储存、输运、供给问题提供科学依据,进而促进清洁型能源——氢能和核聚变能的开发与应用。

关键词： ZrCo合金储氢间隙位歧化反应动力学行为多相场法

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于多相场模型的二元合金层片生长研究

基于多相场模型的二元合金层片生长研究

作者：李生建兰州理工大学

学位级别：硕士

材料的微观组织决定材料的宏观性能及使用寿命,共晶层片组织是一种普遍存在的微观组织形态,其多存在于功能材料及结构材料相变过程中。如何有效的控制共晶凝固过程中微观组织的形成及深刻理解其形成规律,成为凝固研究领域中一个核心问... 详细信息

材料的微观组织决定材料的宏观性能及使用寿命,共晶层片组织是一种普遍存在的微观组织形态,其多存在于功能材料及结构材料相变过程中。如何有效的控制共晶凝固过程中微观组织的形成及深刻理解其形成规律,成为凝固研究领域中一个核心问题。但是共晶微观组织具有其复杂性,有效控制其生产过程需要涉及大量的参数,全部运用实验的手段研究这些参数对共晶生长过程的影响规律是不现实的。近年发展起来的数值模拟技术使得以上的研究成为可能,微观组织的数值模拟不但可以降低实验成本,还大大缩短了实验周期。相场法是微观组织模拟手段中最常见的一种,其广泛用于各种材料微观组织的模拟过程。相场模型中包括相场、温度场、流场等,其通过求解这些场的耦合过程来描述微观组织的形成过程,通过改变参数,来研究微观组织凝固过程中这些参数的影响规律,进而达到控制微观组织形成过程的目的。本文采用共晶多相处模型研究了共晶层片生规律及影响层片稳定性的参数,具体结论如下：(1)在等温凝固条件下,共晶在凝固过程中,其层片形态随着初始层片间距的改变而改变。综合初始共晶层片间距对共晶、亚共晶、过共晶层片生长模式的影响,可以看出随着初始层片间距与各自相对应的最小过冷度层片间距之间的差距的增大,其层片生长模式发生以下变化过程：规则形态→低幅高对称性震荡→高幅低对称性震荡→形核分叉。可见共晶层片生长模式对初始过冷度层片间距具有敏感性。模拟不同成分下有机合金CBr4-C2C16的层片生长模式,当初始过冷度层片间距偏离最小过冷度层片间距的程度相同时,初始溶质浓度越小,其层片生长模式越稳定。说明共晶层片生长模式对成分改变的敏感性随着成分的增大而增长。(3)初始界面过冷度跟层片稳定性是负相关,跟凝固速率是正相关,跟固液界面的压强差是负相关。界面自由能跟对层片稳定性的影响是正相关,对凝固速率的影响是负相关,对固液界面的压强差的影响是正相关。液相扩散系数对共晶层片稳定性的影响是正相关,对凝固速率的影响也是正相关,对固液界面的形态的影响较小。(4)对比模拟结果与实验结果,从定性的角度看,两者的趋势十分相近,说明共晶多相场模型的模拟结果具有十分重要的现实意义。

关键词：多相场法微观组织共晶层片数值模拟形态演化