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镁合金微观组织的相场法模拟进展 被引量：2
1
作者 贾森森 王永彪 +4 位作者 肖艳秋 吴玉娟 彭立明 刘建秀 刘新田 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第19期3306-3312,共7页
镁合金微观组织是决定其后期力学性能的关键因素之一。由于镁合金密排六方结构(hcp)的复杂性,传统的微观组织表征手段已经不能完全满足对镁合金组织形貌和演化过程的跟踪。随着数值模拟技术的发展,相场法模拟技术以其独特的优势逐渐成... 镁合金微观组织是决定其后期力学性能的关键因素之一。由于镁合金密排六方结构(hcp)的复杂性,传统的微观组织表征手段已经不能完全满足对镁合金组织形貌和演化过程的跟踪。随着数值模拟技术的发展,相场法模拟技术以其独特的优势逐渐成为当下模拟镁合微观组织演化的有力工具。密排六方结构具有不同于面心立方结构晶体(fcc)的各向异性特征,需要建立适合hcp结构的相场模型。目前,很多相场模拟大都集中于立方结构体系的合金,对hcp结构的合金相场模拟的研究起步较晚。尤其是镁合金,作为最轻的金属结构材料,具有密度小,比强度、比刚度高等优点,在航空、汽车及国防军工等领域得到广泛应用。虽然近年来对镁合金微观组织演化进行了大量相场模拟研究,但是仍面临许多问题:(1)研究大都集中在商用镁合金模拟工作上,而其他镁基合金如镁稀土合金的模拟研究相对较少;(2)模拟尺度大多为二维空间,三维、四维尺度的模拟成果相对不多;(3)关于电场、超声场、磁场等物理场下镁合金微观组织的模拟工作相对较少。近年来,以相场法模拟为基础,在模拟过程中分别将外场等不同因素考虑进来,使得镁合金在枝晶组织演变、晶粒生长、沉淀相析出领域的二维和三维模拟更接近真实情况。基于相场模型与热物理参数而提出的KKS模型和多相场模型被最早应用于镁合金凝固过程中,且得到与实验结果相似的模拟结果,这快速推进了合金微观组织的模拟研究,但多相场模型和KKS模型的模拟结果大都是定性描述,很难做到定量对比,而Karma定量模型与各向异性参数的结合有效解决了相场模拟的定量问题。随后,相场模拟被应用于镁合金的再结晶领域,重现了再结晶形核和晶粒长大在不同退火温度下的微观演化过程,并揭示了再结晶形核和长大的动力学机制。相场模拟镁合金固态相变的研究起步相对较晚,模拟过程中需要考虑界面能和弹性应变能的相互作用,析出相呈现与实验结果相近的菱形或板条状形貌。本文首先详细介绍了相场模拟技术在镁合金凝固微观组织的应用与发展,论述了相场模拟技术在镁合金微观凝固组织演化的实验成果,随后对镁合金再结晶晶粒生长的相场模拟研究状况进行了阐述,同时还综述了近年来相场模拟在镁合金固态相变过程的发展历程。最后本文指出相场模拟在镁合金微观组织演化存在的主要问题,并展望了该领域的发展趋势及未来前景。 展开更多
关键词 镁合金 微观组织 相场法 数值模拟
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微量Zn对Mg-Gd系合金凝固微观组织演化的影响 被引量：1
2
作者 贾森森 刘新田 +3 位作者 黄蓉 刘建秀 位明光 王永彪 《热加工工艺》 北大核心 2020年第21期6-10,共5页
利用同步辐射X射线原位成像技术实时、动态观测了微量Zn对Mg-15Gd合金凝固组织演化的影响,定量分析了不同Zn含量(0,1wt%、2wt%)下的枝晶生长速度、二次枝晶臂间距及尖端半径的演化规律。研究发现,在恒定温度梯度和冷速下,添加微量Zn,Mg... 利用同步辐射X射线原位成像技术实时、动态观测了微量Zn对Mg-15Gd合金凝固组织演化的影响,定量分析了不同Zn含量(0,1wt%、2wt%)下的枝晶生长速度、二次枝晶臂间距及尖端半径的演化规律。研究发现,在恒定温度梯度和冷速下,添加微量Zn,Mg-Gd系合金枝晶的生长速率V、二次枝晶臂间距λ和尖端半径R均变大,其具体关系为V(2%Zn)>V(1%Zn)>V(0Zn)、λ(1%Zn)>λ(2%Zn)>λ(0Zn)和R(1%Zn)>R(2%Zn)>R(0Zn)。此外通过对比发现,添加1wt%Zn元素对Mg-15Gd-1Zn合金中二次枝晶间距和尖端半径有明显增大效果,但对于枝晶生长速度的促进效果并不明显。 展开更多
关键词 Mg-Gd系合金 同步辐射 微观组织演化
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Mg-Gd合金凝固过程中枝晶生长的相场模拟 被引量：3
3
作者 王永彪 位明光 +2 位作者 贾森森 陈聪 刘新田 《热加工工艺》 北大核心 2020年第9期63-68,72,共7页
基于Karma定量相场模型对Mg-6Gd(wt%)合金等温凝固过程中单枝晶和多枝晶的生长规律进行了模拟。定量研究了相场参数和溶质偏析对凝固过程中枝晶演化的影响。结果表明,各向异性强度越小,单枝晶尖端的失稳现象越明显,极易生成二次枝晶臂... 基于Karma定量相场模型对Mg-6Gd(wt%)合金等温凝固过程中单枝晶和多枝晶的生长规律进行了模拟。定量研究了相场参数和溶质偏析对凝固过程中枝晶演化的影响。结果表明,各向异性强度越小,单枝晶尖端的失稳现象越明显,极易生成二次枝晶臂。同时讨论了各向异性强度与枝晶尖端半径和移动速率之间的关系,其结果与微观可解理论吻合较好。空间步长过大会导致枝晶形貌的变异,过小则计算效率低,合理的范围在(0.2~0.8)W0(W0为界面厚度)内。多枝晶生长模拟结果表明,枝晶臂弯曲是由于多枝晶在等温条件下的竞争生长所致。同时,大量溶质在枝晶间富集和分离,抑制枝晶的生长。 展开更多
关键词 相场模拟 枝晶生长 相场参数 溶质偏析
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利用同步辐射研究冷速对Mg-6Gd合金枝晶演化的影响
4
作者 王永彪 贾森森 +4 位作者 刘新田 孙亚卿 肖艳秋 罗国富 刘建秀 《热加工工艺》 北大核心 2020年第11期52-56,共5页
采用同步辐射原位成像技术对Mg-6Gd(wt%)合金在不同冷速下凝固过程中枝晶的形成进行了原位观测和研究。结果表明:在温度梯度固定在5 K/mm且冷速在0.033~1.5 K/s时,随着冷速的增大,依次可以得到柱状晶、柱状晶向等轴晶转变和等轴晶的生... 采用同步辐射原位成像技术对Mg-6Gd(wt%)合金在不同冷速下凝固过程中枝晶的形成进行了原位观测和研究。结果表明:在温度梯度固定在5 K/mm且冷速在0.033~1.5 K/s时,随着冷速的增大,依次可以得到柱状晶、柱状晶向等轴晶转变和等轴晶的生长过程,并且柱状晶生长速度与冷速的大小成正比,一次枝晶臂间距与冷速成反比;枝晶形核数目与冷速平方倒数1/R2之间存在特定的关系;而重力、温度和溶质差的存在是造成枝晶漂移、碰撞及旋转的主要原因。 展开更多
关键词 同步辐射 Mg-Gd合金 冷速 枝晶生长
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