晶界能各向异性晶粒长大的计算机模拟.pdfVIP

学兔兔 材料 ·工艺 MaterialTechnology 晶界能各向异性晶粒长大的计算机模拟 王 浩’，张金山’，宗喜梅’，牛晓峰’，许春香’，赵达文 (1．太原理工大学，山西太原 030024；2．太原科技大学 ，山西太原 030024) 摘要：建立了晶界能各向异性正常晶粒长大的二维元胞 自动机模型，并对等温条件下的晶粒生长进行 了模拟。通过模拟，得到了不同时刻晶粒显微组织演化图，并且定量地分析 了晶粒长大动力学，晶粒尺寸分 布和晶粒边数分布。研究结果表明，受晶界能各向异性的影响，晶粒长大指数低于理论值，晶粒中6边形的 晶粒居多，晶粒边数分布呈现时间不变性。本模型能较准确地反映正常晶粒长大规律及其动力学，为晶粒组 织演化的控制提供依据。 关键词：晶粒长大；元胞 自动机；等温退火；动力学 中图分类号：TGI11；文献标识码：A；文章编号：1006—9658(2014)03—0044—03 D01：10．3969／j．issn．1006-9658．2014．03．012 正常晶粒长大可以发生在形变试样初次再结 1 元胞 自动机模型的建立 晶后续过程中，即发生于形变试样初次再结晶完成 1．1 转变规则的确定 后的退火过程 中，也可以发生于无原始形变试样的 正常晶粒长大的元胞 自动机转变规则大多基 退火处理过程 中…。晶粒长大过程中微观组织的演 于Metropolis算法(模拟退火算法)，本文在 Me— 化直接影响着多晶材料的性能，晶粒的平均晶粒尺 tropolis算法基础上，引入晶界能各向异性函数，由 寸，晶粒尺寸分布，晶粒形状和结构等参数与多晶 此得到改进后基于晶界能各向异性的CA转变规则 材料的力学性能有着密切关系。由于晶粒长大过 如下 ： 程中微观组织演化的物理实验研究难度大、耗时费 (1)遍历全部元胞 ，如果有哪些信誉好的足球投注网站到晶界元胞，计算 力，计算机模拟的应用为组织演化的研究提供了一 当前元胞 与邻居元胞之间的能量 。： 种有效的途径 _2】。 截止 目前，已有多种模型应用于晶粒长大的模 Ei=∑ 1【一氏J (1) 拟过程中，其中比较常见的有相场法、蒙特卡洛法、 式中：6为Kronecker 函数；J为元胞 的第 元胞 自动机法(cA)[3等。CA的优势在于描述复 个邻居；S为元胞 的取 向数；sj为元胞 的第 杂物理系统离散空间、时间上的演化规律，具有很 个邻居的取向数； 为元胞 与其第 个邻居元胞 高的效率和三维扩展性，由于其灵活性及编程容易 之间的晶界能。 实现性 ，CA在凝 固 5[]、再结晶 6[】、晶粒长大等方面 晶界能 是两晶粒取向差 0的函数，本文中 都有广泛的应用。本文通过 CA模型研究了正常晶 0定义为： 粒长大过程，探讨了晶粒相貌，晶粒长大动力学及 0=21T( 一Sj1)／q (2) 拓扑学关系。所得结论与理论预测及实验研究得 考虑到晶界能的各向异性，引入晶界能的表达 到的结果相符合，对于晶粒长大控制有一定参考意 式如下所示 ： 义。 基金项 目：山西省 自然科学基金 (No．20090110283，No．20120110221) = (][一-n(]]， 3 收稿 日期 ：2014—03—02 7 Ym，0 ≥0m 4、) 稿件编号：1403—