儲能、形核等微觀機理對AZ31鎂合金再結晶影響的相場模擬研究.pdf

1、合金的再結晶，是金屬材料成型過程中細化顯微組織和控制性能的重要方法。AZ31鎂合金具有良好的延展率和較高強度，然而該合金室溫塑性低，元素含量較低，時效強化和固溶強化效果均不理想，于是再結晶成為控制該合金組織，提高其性能的有效手段，因此本研究選取AZ31鎂合金為作為范例，建立了一個相場法模擬材料再結晶的模型，相場法實現(xiàn)了工業(yè)尺度真實時空下再結晶過程演變的模擬，模擬結果得到了實驗結果的證明，利用新模型模擬研究了主要再結晶微觀機理與AZ31晶

2、粒長大的關系。
　　論文討論了當前固態(tài)組織演變過程的相場法模擬模型，論證了相場法中界面的概念以及模型中界面的各種處理方法，論證了晶界作用域的作用，闡述了晶界作用域就是相場模型中界面處有序化變量的變化范圍，其物理意義是界面能量的分布范圍，并對應于成分界面偏析的范圍。
　　在相場再結晶模型中提出了形式為f(ηde i,ηrej）=D(ηdei)2（1-(ηrej）2）的冷變形儲能項?？疾炝死渥冃螒兇笮π巫兘饘俚膩喚Я３叽绾蛢?/p>

3、能的影響的機理和實驗結果，代入到本文建立的再結晶模擬模型，成功地再現(xiàn)了再結晶晶粒尺寸隨預先冷變形量增加存在一個臨界變形量對應尺寸峰值的普遍實驗結果，并給出了這一有趣實驗現(xiàn)象機理的理論解釋。
　　本文通過論證參數(shù)Bre1、Bde1、Bre2、Bde2與界面能的關系，根據(jù)該關系確定了其值，同時將自由能密度函數(shù)中成分相關的表達與熱力學數(shù)據(jù)軟件THERMOCALC計算得到的該合金自由能成分曲線進行數(shù)值擬合，確定了參數(shù)A、A1、A2的真實值

4、。模型建立得出，晶界作用域?qū)挾戎饕商荻软椣禂?shù)決定，晶界能則由梯度項系數(shù)和耦合項系數(shù)共同決定。對于AZ31鎂合金，模擬研究了晶界作用域?qū)挾热≈档暮侠硇院蛯︼@微組織影響的關系，得出取值為1.18μm時，模擬符合實驗結果，從而確定了梯度項系數(shù)和耦合項系數(shù)。
　　模型提出了界面遷移率有關的系數(shù)L可以表達為阿倫尼烏斯公式形式，并確定了其中的激活能是該系統(tǒng)中合金元素原子尺寸最大的Zn原子的偏析激活能。通過比較在400℃時的實驗數(shù)值的方法，確

5、定了界面能動性表達式中的與溫度無關系數(shù)L0的值。
　　本文應用該模型模擬了AZ31在210℃-400℃范圍內(nèi)的再結晶過程，模擬得出:儲能的增加可以顯著地增大AZ31鎂合金再結晶晶粒尺寸，儲能的影響在退火初期影響顯著，隨著退火時間的增加，影響逐漸的變小;基于再結晶形核是已有晶界弓出的機理，而再結晶初期是儲能高速釋放的物理過程，模型模擬晶粒演變自然表現(xiàn)出了一個再結晶形核階段，并且發(fā)現(xiàn)再結晶晶界形核率存在一個2.91個/μm2很小的臨界