相场法研究温度对非晶一次晶化过程中微观组织演化及生长动力学的影响

尽管有大量的实验对非晶一次晶化进行研究,但是由于受到实验条件的限制,很难对非晶一次晶化过程进行实时跟踪观察。近年来,发展起来的相场方法充分考虑了非晶前驱体在转变过程中随成分变化的局部扩散特性,并能实时反映非晶一次晶化过程中微观组织演化过程,从而得到广泛应用。采用相场方法模拟研究温度对非晶一次晶化过程中微观组织演化和生长动力学的影响。结果表明:不同温度情况下,非晶一次晶化后期出现晶粒合并生长,随着演化时间的增加晶粒数量逐渐减少,晶粒尺寸逐渐增大。晶化分数随着演化时间和温度的增加而增加,温度越高,相同演化时间内的晶化分数越高。不同温度情况下所对应的生长指数均小于1,这表明非晶晶化方式为一次晶化,说明温度对非晶晶化方式无影响。

界面厚度对非晶一次晶化过程中微观组织的影响

本文采用相场方法模拟研究了界面厚度对非晶一次晶化过程中微观组织的影响。研究表明:随着演化时间的增加,合金一次晶化过程中晶粒逐渐形核长大,相同演化时间情况下,界面厚度越大,演化后期晶粒尺寸分布范围越广,晶粒间合并生长越显著,晶粒间的间距越小,晶粒分布越密集。各尺寸间的晶粒数量呈正态分布,大多分布在22nm至72nm之间,并且随着界面厚度的增加,大尺寸晶粒数量也越大。晶化分数随着演化时间的增加逐渐增大,演化后期逐渐趋于稳定。晶化分数随着界面厚度的增长而增大,界面厚度越大,相同演化时间内的晶化分数越高。

过饱和度对非晶一次晶化过程中生长动力学的影响

本文应用晶体相场方法研究非晶一次晶化过程中过饱和度对生长动力学的影响。结果显示:随着仿真时间的增加非晶一次晶化过程中的晶粒逐渐形核长大,过饱和度越小,晶粒聚集现象显著,尺寸分布较小。过饱和度为0.3和0.4时,晶粒主要分布在0-30nm和180-185nm范围内。晶化分数在仿真初期就已经趋于稳定且随着仿真时间的延长而变大。晶化分数随着过饱和度的减小而减小,相同仿真时间内过饱和度越小的晶化分数也越小。

非晶一次晶化过程微观组织演化和生长动力学的相场法研究

在晶化物理模型中添加扩散系数对晶化过程的影响,采用相场方法研究初始形核率和初始形核半径对一次晶化过程中微观组织和生长动力学的影响。结果表明:随着初始形核率的增加,相同时间内非晶一次晶化的晶粒数量逐渐增加,晶粒尺寸逐渐减小。晶化分数随着演化时间和初始形核率的增加逐渐增大,初始形核率越大,相同演化时间内的晶化分数越高。不同初始形核半径情况下,非晶一次晶化过程中的晶粒数量和尺寸随着演化时间的增加基本保持不变。晶化分数随着演化时间的增加而增大。不同初始形核率和初始形核半径情况下所对应的生长指数均小于1,表明初始形核率和初始形核半径对晶化方式无影响,均为一次晶化。改变初始形核率和初始形核半径可调控一次晶化微观组织结构,而晶粒尺寸及晶化分数直接关系到合金性能。