部分微觀因素對AZ31鎂合金再結晶及晶粒長大影響的模擬研究.pdf

1、相場模型是建立在Ginzburg-Landau唯象理論上的一種基于經典熱力學和動力學理論的物理模型，模型中的部分參數采用唯象處理。在相場法中，通過引入一套與時間和空間有關的場變量對體系的瞬時狀態(tài)進行描述，為我們提供了有關顯微組織變化的信息。
　　本文運用已經改進的相場法模型，根據單相再結晶系統(tǒng)中局域自由能密度函數的表達式，引入成分場變量、儲能項等構建了在工業(yè)應用范圍內模擬真實時空再結晶組織演化的模型，通過改變模型的參數，對影響AZ

2、31鎂合金再結晶及晶粒長大過程中的部分微觀因素進行了研究。
　　本研究首先通過模擬計算得知，在一定范圍內，晶界作用域寬度與自由能密度函數耦合項系數K1值無關，只與有序化參數梯度項系數K2值有關，而且耦合項系數K1值和梯度項系數K2值對界面能都有重要影響，但梯度項系數K2的值對界面能的影響程度更大。
　　接著，本研究考察了儲存能微觀因素的變化對AZ31鎂合金再結晶及晶粒長大過程的影響。模擬結果表明，在一定溫度下，AZ31鎂合金

3、系統(tǒng)再結晶及晶粒長大過程中晶粒的平均尺寸隨儲存能的增加而降低，平均生長速度隨儲存能的增大而減小。當再結晶退火溫度由250℃提高到300℃時，儲存能對再結晶晶粒長大過程的影響的效果顯著增加，當溫度由300℃提高到400℃時，儲能對再結晶晶粒長大過程影響效果的增加變化很小。
　　同時，本研究還考察了AZ31鎂合金系統(tǒng)的界面能微觀因素變化對再結晶晶粒長大過程的影響。模擬研究發(fā)現，合金系統(tǒng)存在一個等于0.33J/m2的臨界界面能值，當界面

4、能大于該臨界值時，平均晶粒尺寸、晶粒長大速度均隨界面能的增加而顯著增大，當界面能小于該臨界值時，界面能對再結晶及晶粒長大過程的平均晶粒尺寸影響很小。
　　另外，本文擴展相場法模型使之運用到納米尺度。利用相場模型模擬研究了納米結構AZ31鎂合金晶粒異常生長規(guī)律，嘗試提供納米材料顯微組織控制而提高塑韌性的新途徑。模擬研究發(fā)現，通過控制局域界面能、儲存能和界面能動性三個微觀因素，可以實現在納米基體中出現局部的晶粒異常生長，以構造期望的晶

5、粒混合顯微組織。此模擬結果說明，如果產生少數特殊取向的初始納米晶粒含有局部低晶界能、局部高的儲存能、或局部高的界面能動性時，可以得到納米基體中分散少量微米級大晶粒的微觀組織，以期望在保持高強度的同時改善納米材料的韌性。
　　最后，本論文還模擬研究了ZA31鎂合金中Al原子擴散微觀因素對晶界偏析和晶粒長大的影響。得到如下結論:根據有序化參數模擬出的晶粒顯微組織圖和根據成分場模擬出的晶粒顯微組織圖是一致的，表明了局部自由能函數構造的正