一種採用晶體相場方法模擬加熱工藝對晶界預熔及熔化影響的方法

2023-05-02 23:21:56

一種採用晶體相場方法模擬加熱工藝對晶界預熔及熔化影響的方法
【專利摘要】本發明涉及一種採用晶體相場方法模擬加熱工藝對晶界預熔及熔化影響的方法，屬於晶體模擬【技術領域】。具體包括以下步驟：(1)建立晶體相場模型：晶體相場模型基於傳統相場方法的思想構建，將周期性函數形式引入模型中，序參量採用具有周期性的局部時間平均原子密度；得到晶體的自由能函數表達式。(2)確定數值方法及計算參數。本發明採用模擬計算方法，採用晶體相場方法研究了不同升溫速率下，預熔及熔化的微觀組織形貌，並且採用過剩質量法定量計算不同升溫速率下預熔及熔化時晶界處的液相薄膜寬度，量化了計算晶界預熔化及熔化時的液相薄膜寬度，並闡明該數值和原子晶界結構關係，效果非常理想。
【專利說明】一種採用晶體相場方法模擬加熱工藝對晶界預熔及熔化影響的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種採用晶體相場方法模擬加熱工藝對晶界預熔及熔化影響的方法，屬於晶體模擬【技術領域】。
【背景技術】
[0002]接近熔點溫度時，晶界處預先形成液相薄膜，該現象稱為晶界預熔(GrainBoundary Premelting。預熔的出現對於多晶材料的強度和斷裂等力學行為等有著重要的影響，例如，它可以改變多晶材料的宏觀性能，顯著的減少剪切應變的阻力。尤其是後者在合金材料高溫加工時的熱裂紋，會產生災難性的材料失效行為。因此，晶界預熔及熔化一直以來是材料研究的熱點，而升溫速率是影響預熔及熔化的重要因素之一。
[0003]由於晶界通常只有幾個原子層的厚度，難以通過實驗直接觀察，計算機模擬研究晶界問題具有獨特的優勢。如MD研究使用Lennard-Jones勢,半導體及金屬原子間勢能，證明其在熔點上方和下方不同溫度時存在晶界無序層。Tang等人使用基本的Cahn臨界點潤溼模型，得到預熔化轉變時亞固相線的晶粒間薄膜形態。Kikuchi和Cahn在晶界預熔化方面同樣做出顯著的研究，他們使用格子氣模型和團聚-變化近似估計晶界預熔化的熱動力學性能，其結果隨後被MC模擬證實。
[0004]雖然以上方法能證實並且模擬晶界處液相層薄膜，但是由於這些模型本身的限制，無法定量的研究預熔化層的寬度與其影響因素之間的關係。近年來，PFC方法作為由DFT演化而來的先進場方法，在解決晶體材料的原子尺度密度波結構方面具有不可替代的優勢。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在於提供一種採用晶體相場方法模擬加熱工藝對晶界預熔及熔化影響的方法，以便採用晶體相場方法研究不同升溫速率下，預熔及熔化的微觀組織形貌，並且採用過剩質量法定量計算不同升溫速率下預熔及熔化時晶界處的液相薄膜寬度。
[0006]為了實現上述目的，本發明的技術方案如下。
[0007]—種採用晶體相場方法模擬加熱工藝對晶界預熔及熔化影響的方法，具體包括以下步驟:
[0008](1)建立晶體相場模型:
[0009]晶體相場模型基於傳統相場方法的思想構建，將周期性函數形式引入模型中，序參量採用具有周期性的局部時間平均原子密度，在這裡將密度寫成無量綱形式，最簡單的無量綱自由能泛函方程可以寫成
[0010]
【權利要求】
1.一種採用晶體相場方法模擬加熱工藝對晶界預熔及熔化影響的方法，其特徵在於:所述方法具體包括以下步驟:(1)建立晶體相場模型:晶體相場模型基於傳統相場方法的思想構建，將周期性函數形式引入模型中，序參量採用具有周期性的局部時間平均原子密度，無量綱自由能泛函方程可以寫成
【文檔編號】G06F19/00GK103678890SQ201310634450
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】盧豔麗, 陳錚, 王永欣, 牧虹, 張靜, 範曉麗, 張劉超, 胡婷婷, 賈德偉 申請人:西北工業大學