熔体初始温度对液态金属Ni凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

采用量子Sutton-Chen多体势,对熔体初始温度热历史条件对液态金属Ni快速凝固过程中微观结构演变的影响进行了分子动力学模拟研究.采用双体分布函数g(r)曲线、键型指数法、原子团类型指数法和三维可视化等分析方法对凝固过程中微观结构的演变进行了分析.结果表明:熔体初始温度对凝固微结构有显著影响,但在液态和过冷态时的影响并不明显,只有在结晶转变温度Tc附近才开始充分显现出来.体系在1×1012K/s的冷速下,最终均形成以1421和1422键型或面心立方(12000120)与六角密集(1200066)基本原子团为主的晶态结构.末态时,不同初始温度体系中的主要键型和团簇的数目有很大的变化范围,且与熔体初始温度的高低呈非线性变化关系.然而,体系能量随初始温度呈线性变化关系,初始温度越高,末态能量越低,其晶化程度越高.通过三维可视化分析进一步发现,在初始温度较高的体系中,同类团簇结构的原子出现明显的分层聚集现象,随着初始温度的下降,这种分层现象将被弥散开去.可视化分析将更有助于对凝固过程中微观结构演变进行更为深入的研究.

冷却速率对液态Ni凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

用分子动力学方法和EAM模型势对液态金属Ni原子系统在不同冷却速率下凝固过程中微观结构的演变进行了模拟研究.结果表明,冷却速率对微结构演变有决定性影响,当冷速为1.0×1014和4.0×1013K·s-1时,系统将形成以1551、1541和1431三种键型为主的非晶态结构.当冷速为2.0×1013和1.0×1012K·s-1时,系统将形成不同的晶态结构;前者形成以1421、1422二种键型为主的fcc与hcp结构共存的晶态结构;后者形成以1421键型为主的fcc结构占绝对优势的晶态结构,其结晶起始温度Tc分别为1073K和1173K.同时发现,原子的平均配位数(最近邻数)对温度和冷速的变化相当敏感,且其突变点正好与结晶转变温度Tc相对应,这将为液态金属结晶转变过程的研究提供一条新途径.