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相场法研究Fe_(84)Cu_(15)Mn_(1)合金富Cu相析出的内磁能作用机理

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物理学报 2022年第8期71卷 1-10页

作者：蒋新安赵宇宏杨文奎田晓林侯华中北大学材料科学与工程学院太原030051

本文基于连续相场模型,对内磁能作用下Fe-Cu-Mn合金中富Cu相析出行为进行了研究,得到不同温度、不同Mn,Cu含量条件下的内磁能对富Cu相的平均颗粒半径、体积分数、吉布斯自由能的影响.模拟结果表明,Mn含量越低,居里温度越高,内磁能对自... 详细信息

本文基于连续相场模型,对内磁能作用下Fe-Cu-Mn合金中富Cu相析出行为进行了研究,得到不同温度、不同Mn,Cu含量条件下的内磁能对富Cu相的平均颗粒半径、体积分数、吉布斯自由能的影响.模拟结果表明,Mn含量越低,居里温度越高,内磁能对自由能的贡献越大,且内磁能的贡献随温度升高而减小;内磁能降低了相结构转变势垒,促进了相结构转变.沉淀相体积分数随Cu含量增加而增加,通过对比有无内磁能对沉淀相体积分数的影响,内磁能作用导致沉淀相拥有更大的体积分数.因此在内磁能作用下,富Cu相具有较大的平均粒径、体积分数和较小的矫顽力,同时预测了合金硬度的变化趋势.

关键词： Fe-Cu-Mn合金相场法内磁能沉淀析出组织性能

相场法研究Al_(x)CuMnNiFe高熵合金富Cu相析出机理

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物理学报 2023年第7期72卷 313-327页

作者：王凯乐杨文奎史新成侯华赵宇宏中北大学材料科学与工程学院太原030051 北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 太原科技大学材料科学与工程学院太原030025

BCC(体心立方)和FCC(面心立方)结构共存的高熵合金通常具有优异的综合力学性能,Al元素可以促进含Cu高熵合金由FCC向BCC结构转变.本文基于Chan-Hilliard方程和Allen-Cahn方程,建立Al_(x)CuMnNiFe高熵合金三维相场模型,模拟了Al_(x)CuMnN... 详细信息

BCC(体心立方)和FCC(面心立方)结构共存的高熵合金通常具有优异的综合力学性能,Al元素可以促进含Cu高熵合金由FCC向BCC结构转变.本文基于Chan-Hilliard方程和Allen-Cahn方程,建立Al_(x)CuMnNiFe高熵合金三维相场模型,模拟了Al_(x)CuMnNiFe高熵合金(x=0.4,0.5,0.6,0.7)在823 K等温时效时纳米富Cu相的微观演化过程.结果表明,Al_(x)CuMnNiFe高熵合金时效时会产生两种复杂核壳结构:富Cu核/B2_(s)壳以及B2_(c)核/FeMn壳,通过讨论分析发现形成的B2_(c)对纳米富Cu相的形成起到抑制作用,这种抑制作用随着Al元素的增加而变大;结合经验公式做出Al_(x)CuMnNiFe高熵合金富Cu相的屈服强度随时效时间的变化曲线,得到峰值屈服强度的时效时间和合金体系,可以为时效工艺提供参考.

关键词：相场法高熵合金富Cu相弹性能

相场法研究时效温度对Fe-Cu-Mn-Ni合金中富Cu相析出的影响

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金属热处理 2023年第9期48卷 265-270页

作者：王康红许洋洋郑州工业应用技术学院机电工程学院河南新郑451100

通过耦合CALPHAD热力学数据库,建立了一个模拟多元合金固态相变中微观组织演化的相场模型,并以Fe-Cu-Mn-Ni合金为例,从动力学角度揭示了时效温度变化对富Cu相析出机制的影响。结果表明,α相向γ相的转变和B2环的形成都与富Cu相的尺寸密... 详细信息

通过耦合CALPHAD热力学数据库,建立了一个模拟多元合金固态相变中微观组织演化的相场模型,并以Fe-Cu-Mn-Ni合金为例,从动力学角度揭示了时效温度变化对富Cu相析出机制的影响。结果表明,α相向γ相的转变和B2环的形成都与富Cu相的尺寸密切相关。此外,时效温度变化会导致富Cu相的形貌和粗化机制的改变。时效温度越高,富Cu相的析出时间越短,其体积分数和半径也越大,析出相数量的减少速率也越快。

关键词：相场法 Fe-Cu-Mn-Ni合金富Cu相固态相变时效温度

相场法研究Ni-Al间作用势对Ni75Al14Cr11合金L10预析出相的影响

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稀有金属材料与工程 2020年第1期49卷 169-176页

作者：董卫平汪彬宫宁宁陈铮浙江师范大学工学院浙江金华321004 西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 浙江师范大学浙江金华321004

采用微观相场法研究了Ni75Al14Cr11合金第1个近邻到第4个近邻Ni-Al原子间相互作用势对L10预析出相沉淀过程的影响。结果表明,当第3近邻Ni-Al原子间相互作用势增大或第4种近邻Ni-Al原子间相互作用势减少时,L10预析出相和L12平衡相均提前... 详细信息

采用微观相场法研究了Ni75Al14Cr11合金第1个近邻到第4个近邻Ni-Al原子间相互作用势对L10预析出相沉淀过程的影响。结果表明,当第3近邻Ni-Al原子间相互作用势增大或第4种近邻Ni-Al原子间相互作用势减少时,L10预析出相和L12平衡相均提前沉淀,且L10预析出相体积分数减少而L12相的最终体积分数几乎不变;当第3近邻Ni-Al原子间相互作用势减少或第4近邻Ni-Al原子间相互作用势的增大时,L10预析出相和L12最终相都会推迟沉淀,且L10预析出相和L12相体积分数均增大;与上述2种情况相比,改变第1近邻Ni-Al原子间相互作用势对L10预析出相沉淀过程的影响较小,而改变第2近邻Ni-Al原子间相互作用势对沉淀过程几乎没有影响。进一步研究表明,Ni-Al原子间相互作用势改变不影响合金的沉淀机制,将影响L10预析出相、L12平衡相的析出时间、速度和2种相的体积分数,沉淀形貌等,从而影响Ni75Al14Cr11高温合金的结构和性能,对合金优化设计有指导意义。

关键词：相场法预析出相 Ni75Al14Cr11合金原子间相互作用势

相场法研究Fe-Cu-Mn-Al合金富Cu相析出机制

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物理学报 2021年第8期70卷 270-276页

作者：郭震赵宇宏孙远洋赵宝军田晓林侯华中北大学材料科学与工程学院太原030051

基于Ginzburg-Landau理论采用连续相场法模拟了Fe-15%Cu-3%Mn-x Al(质量分数x=1%, 3%, 5%)合金在873 K等温时效时纳米富Cu析出相沉淀机制及Al含量对富Cu相析出的阻碍效应.通过计算成分场变量和结构序参数,研究了富Cu析出相的形貌、颗粒... 详细信息

基于Ginzburg-Landau理论采用连续相场法模拟了Fe-15%Cu-3%Mn-x Al(质量分数x=1%, 3%, 5%)合金在873 K等温时效时纳米富Cu析出相沉淀机制及Al含量对富Cu相析出的阻碍效应.通过计算成分场变量和结构序参数,研究了富Cu析出相的形貌、颗粒密度、平均颗粒半径、生长和粗化动力学.研究结果表明:在时效早期阶段,纳米富Cu相通过失稳分解机制析出,由于原子扩散速率存在差异,从而形成以富Cu相为核心的核壳结构.随着时效时间延长,富Cu相析出物结构由体心立方转变为面心立方.其中Al和Mn原子在富Cu核外偏析形成Al/Mn簇,可以将其视为阻碍富Cu析出相形成的缓冲层;在沉淀过程中,随着Al含量的增大, Al/Mn金属间相促进了缓冲层的生长,阻碍富Cu析出相的生长和粗化.

关键词：相场法 Fe-Cu合金富Cu析出相沉淀动力学

相场法研究AlCuMnNiFe高熵合金富Cu相析出机理

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物理学报 2023年

作者：王凯乐杨文奎史新成侯华赵宇宏北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心中北大学材料科学与工程学院太原科技大学材料科学与工程学院

BCC和FCC结构共存的高熵合金通常具有优异的综合力学性能，Al元素可以促进含Cu高熵合金由FCC向BCC结构转变。本文基于Chan-Hilliard方程和Allen-Cahn方程，建立AlxCuMnNiFe高熵合金三维相场模型，模拟了AlxCuMnNiFe高熵合金(x=0.4、0.5... 详细信息

BCC和FCC结构共存的高熵合金通常具有优异的综合力学性能，Al元素可以促进含Cu高熵合金由FCC向BCC结构转变。本文基于Chan-Hilliard方程和Allen-Cahn方程，建立AlxCuMnNiFe高熵合金三维相场模型，模拟了AlxCuMnNiFe高熵合金(x=0.4、0.5、0.6、0.7)在823K等温时效时纳米富Cu相的微观演化过程。结果表明，AlxCuMnNiFe高熵合金时效时会产生两种复杂核壳结构：富Cu核/B2s壳以及B2c核/FeMn壳，通过讨论分析发现形成的B2c对纳米富Cu相的形成起到抑制作用，这种抑制作用随着Al元素的增加而变大；结合经验公式做出AlxCuMnNiFe高熵合金富Cu相的屈服强度随时效时间的变化曲线，得到峰值屈服强度的时效时间和合金体系，可以为时效工艺提供参考。

关键词：相场法高熵合金富Cu相弹性能

强制对流影响下Fe-C合金定向凝固微观组织的相场法研究

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工程科学学报 2023年第4期45卷 541-550页

作者：曾红波艾新港陈明王敏蒋加旋辽宁科技大学冶金工程辽宁省重点实验室鞍山114051 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083

定向凝固技术能够获得特定柱状晶结构,对于优化合金轴向力学性能具有非常显著的效果.本文采用耦合流场的相场模型模拟了定向凝固过程中枝晶的生长过程,研究了各向异性系数、界面能对定向凝固枝晶生长的影响以及强制对流作用下枝晶的生... 详细信息

定向凝固技术能够获得特定柱状晶结构,对于优化合金轴向力学性能具有非常显著的效果.本文采用耦合流场的相场模型模拟了定向凝固过程中枝晶的生长过程,研究了各向异性系数、界面能对定向凝固枝晶生长的影响以及强制对流作用下枝晶的生长行为.数值求解过程中,选用基于均匀网格的有限差分方法对控制方程进行离散,实现了格子中标记点算法(MAC)和相场离散计算方法的联合求解.处理微观速度场和压力场耦合时,采用MAC算法求解Navier-Stokes方程和压力Poisson方程,采用交错网格法处理复杂的自由界面.结果表明:随着各向异性系数的增大,枝晶尖端生长速度增大,曲率半径减小,枝晶根部溶质浓度逐渐降低;随着界面能的增大,枝晶尖端曲率半径增大,当界面能为最大(0.6 J·m^(-2))时,凝固呈现平界面的凝固方式向前推进;强迫对流对定向凝固枝晶生长方向影响较大,上游方向定向凝固枝晶粗大且生长速度更快,其现象随流速的增大而愈加明显.

关键词： Fe–C合金定向凝固相场法对流柱状枝晶

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基于相场法的复合材料失效分析研究进展

复合材料学报 2023年第5期40卷 2495-2506页

作者：彭帆马玉娥黄玮陈鹏程马维力长安大学理学院西安710064 西北工业大学航空学院西安710072

预测复合材料的失效行为,对复合材料结构设计具有重要意义。由于其失效模式和失效机制较复杂,传统的计算断裂力学方法和基于损伤力学的数值方法在对其进行失效分析存在一定困难。相场法结合了断裂力学和损伤力学的优点,无需额外的判据... 详细信息

预测复合材料的失效行为,对复合材料结构设计具有重要意义。由于其失效模式和失效机制较复杂,传统的计算断裂力学方法和基于损伤力学的数值方法在对其进行失效分析存在一定困难。相场法结合了断裂力学和损伤力学的优点,无需额外的判据便可精确捕捉裂纹的萌生、扩展和扭结行为,近年来被广泛地应用于复合材料的失效分析。本文首先简要介绍相场法的基本理论,给出了基本的断裂能模型和控制方程。然后着重介绍了基于相场法的复合材料失效分析的研究进展,梳理了相场法在复合材料领域的应用范围。最后,对相场法模拟复合材料在疲劳、疲劳湿热环境下和冲击下的损伤进行了展望。

关键词：相场法复合材料失效分析内聚力模型分层

相场法模拟增材制造及焊接过程中显微组织的研究进展

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机械工程材料 2023年第11期47卷 81-86,95页

作者：王丽芳谢光耀朱刚贤苏州大学工程训练中心苏州215137 苏州大学机电工程学院苏州215137

增材制造以及焊接过程都是多物理场耦合的复杂过程,难以采用试验方法直接观测熔池显微组织的演变过程。随着计算材料学和数值模型的快速发展,从数值模拟出发研究凝固过程中的显微组织演变成为可能。对比分析了几类常用的显微组织模拟方... 详细信息

增材制造以及焊接过程都是多物理场耦合的复杂过程,难以采用试验方法直接观测熔池显微组织的演变过程。随着计算材料学和数值模型的快速发展,从数值模拟出发研究凝固过程中的显微组织演变成为可能。对比分析了几类常用的显微组织模拟方法,其中相场法在晶粒形貌模拟准确性上具有独特的优势。综述了相场法在增材制造及焊接领域模拟显微组织的应用现状,并对未来的研究方向进行了展望。

关键词：增材制造焊接相场法显微组织