不同形核机制下对动态再结晶过程模拟研究

为了研究形核机制对多晶金属材料热加工过程的影响,通过建立动态再结晶的二维元胞自动机模型,模拟了3种形核机制下动态再结晶组织的演化过程,得到了热加工过程中再结晶平均晶粒尺寸的变化规律及生长动力学特征.模拟结果表明,再结晶平均晶粒尺寸的变化规律由形核机制和生长方式共同决定,但稳态时的平均晶粒尺寸只与总的形核数目有关;生长动力学曲线均呈S形,其变化规律符合JMAK理论;Avrami指数的大小取决于晶核的空间分布.     

爆发沸腾形核及压力模拟

对爆发沸腾形核阶段的微观过程进行了分析与描述,运用分子势能模型并结合经典形核功理论计算得到临界气泡半径;针对形核与气泡生长阶段功量的重要影响因素--压力,采用Ls-Dyna显示动力学软件对爆发沸腾过程的压力分布进行了模拟分析.     

金属凝固组织的计算机仿真

探索了一种新的仿真金属凝固过程中微观组织形成的方法。通过引入导质形核模型，枝晶生长模型，几率形术底模型，借鉴单元动生长机制，仿真等轴晶、柱状晶组织形成的过程。结出了图形仿真结果，襁和实验结果符合得较好。     

基于小润湿角下脉冲磁场的凝固形核模型

基于Ma形核模型,理论分析了异质形核基底小润湿角下脉冲磁场金属凝固的异质形核过程,建立了凝固形核模型.考察脉冲磁场磁感应强度对金属凝固临界形核半径及临界形核过冷度的影响.结果表明:该模型中体系Gibbs自由能与异质形核基底形状系数无关.在低过冷度金属凝固条件下,当脉冲磁场磁压力功与金属熔体固液自由能差在同一数量级时,脉冲磁场可有效减小凝固形核的临界半径;在大过冷度(大于20℃)金属凝固条件下,脉冲磁场对金属凝固临界形核半径的影响可忽略.金属凝固异质形核基底粒径较大时,临界形核过冷度随脉冲磁场磁感应强度增大而有效减小.     

合金设计对贝氏体相变动力学影响的建模研究

采用基于形核控制机制的贝氏体等温相变动力学模型研究了合金设计对贝氏体相变动力学的影响.针对两种贝氏体高强钢，采用热膨胀仪在425~350℃开展了等温贝氏体相变实验，观察到了不同程度的贝氏体不完全相变现象.基于形核控制机制，采用切变型相变动力学模型对两种实验钢的贝氏体等温相变行为进行了建模研究，模型中同时考虑了晶界形核和自催化形核.最后，对比分析了两种实验钢中形核激活能、未转变奥氏体体积分数以及形核速率等的差异，为贝氏体高强钢的成分设计及工艺创新提供理论指导.     

强迫对流下共晶组织生长的相场法模拟

基于三维共晶生长多相场模型与计算流体的LBM模型耦合,建立了相场-格子波尔兹曼模型(PF-LBM),以CBr4-C2Cl6合金为实例,模拟强迫对流下共晶微观组织的演化过程.结果表明:液态熔体流动会改变层片共晶的生长形貌,由垂直于固液界面对称、周期交替生长转变为倾斜于逆流方向生长,同时单个层片界面前沿出现由于间距调整而引起的异相形核现象.液体流动会使共晶组织生长速度加快;流动会改变共晶层片随层片间距增大而变化的生长模式,无流场时,共晶层片生长形貌变化模式为:稳态生长→低幅高对称性震荡→高幅低对称性震荡→棒状;强迫对流下,其层片生长变化模式为:稳态倾斜生长→层片前沿形核分叉→振荡态倾斜生长.     

CA法模拟不同形核方式对再结晶的影响

在原有形核方式的基础上,提出了改进的位置过饱和形核和改进的恒定速率形核方式,利用元胞自动机方法(CA法),并利用Matlab开发工具,建立了形成较均匀核心的二维再结晶模型.研究了不同的形核方式、不同邻居类型和边界条件对再结晶动力学、晶粒形态及尺寸的影响.结果表明:形核方式对再结晶动力学影响较大,邻居类型对其影响不明显;采用ISS和ICR方式形核时,微观组织接近等轴状.且以ISS方式形核时,晶粒尺寸的分布最均匀.     

深过冷Ni-P共晶合金凝固动力学分析

根据经典的形核和生长理论，通过实验分析了深过冷Ni-P共晶合金的凝固行为．实验发现，深过冷Ni-P共晶合金的凝固组织由粒状的共晶团和棒状的规则共晶所组成．随过冷度的增加，共晶团的组织逐渐细化，同时深过冷熔体晶核生长速率很大，异质形核在凝固过程中起控制性的作用．深过冷熔体的单点形核和长大现象作为特例用以描述界面的生长速率对其凝固组织的影响。     

温度对工业电解液中镍电结晶行为的影响

采用循环伏安曲线、恒电位暂态电流-时间曲线和SEM等方法研究了工业电解液体系下温度对镍电化学行为及镍电沉积层微观组织的影响.结果表明:温度不改变该电解液体系中镍电沉积的形核/长大机理,其形核仍然为瞬时形核方式,生长符合三维瞬时形核生长模式.电解液温度升高,阴极峰峰值电流增大,镍的电结晶几率增加.温度升高镍电结晶初期的活性点并没有持续增加,提高温度会增加电解液的分散能力,电解液中Ni 2+更容易扩散至玻碳电极表面,镍晶粒形核及生长速率增大.当电解液温度为65℃时,镍电沉积层逐渐布满整个玻碳电极表面,沉积层晶粒尺寸均在100nm以下.     

振动对结晶过程影响的模拟研究

用氯化氨溶液进行模拟研究的结果表明:振动阻碍形核,只有在较大的过冷下才能形核生长;振动使枝晶生长受到抑制,使晶粒细化;振动对枝晶的破碎作用并不明显。可见,碎枝状及颗粒状枝晶是振动条件下生长所具有的特征。     

连续激光作用下金属表面合金化的动态凝固特征

研究了激光表面合金化的动态特征。在实验的基础上讨论了激光合金化的凝固组织特征及其形核机制,分析了运动熔池形状效应对凝固特征的影响。实验表明其动态凝固特征主要受控于激光合金化工艺参数和熔池形状特征等的综合作用。另一方面,激光合金化的凝固形核机制主要为异质外延形核和非均匀形核。     

Nucleation and growth mechanism of ferroelectric domain-wall motion

The motion of domain walls is critical to many applications involving ferroelectric materials, such as fast high-density non-volatile random access memory. In memories of this sort, storing a data bit means increasing the size of one polar region at the expense of another, and hence the movement of a domain wall separating these regions. Experimental measurements of domain growth rates in the well-established ferroelectrics PbTiO3 and BaTiO3 have been performed, but the development of new materials has been hampered by a lack of microscopic understanding of how domain walls move. Despite some success in interpreting domain-wall motion in terms of classical nucleation and growth models, these models were formulated without insight from first-principles-based calculations, and they portray a picture of a large, triangular nucleus that leads to unrealistically large depolarization and nucleation energies. Here we use atomistic molecular dynamics and coarse-grained Monte Carlo simulations to analyse these processes, and demonstrate that the prevailing models are incorrect. Our multi-scale simulations reproduce experimental domain growth rates in PbTiO3 and reveal small, square critical nuclei with a diffuse interface. A simple analytic model is also proposed, relating bulk polarization and gradient energies to wall nucleation and growth, and thus rationalizing all experimental rate measurements in PbTiO3 and BaTiO3.     

某些添加剂对镍在玻璃碳上电结晶的影响

用阶跃电位法研究了光亮镍Watts镀液中添加剂:糖精、丁炔二醇和香豆素,对镍在玻璃碳上沉积初始阶段的影响.结果表明,在不含添加剂的该电解液,镍电结晶的初始阶段按连续成核的三维生长机理进行;分别或同时含有糖精和丁炔二醇时,则按瞬时成核的三维生长机理进行.糖精或丁炔二醇促进成核过程而阻化晶核的生长,这两种添加剂同时存在时则对成核和三维生长都起促进作用;添加香豆素或者同时添加三种添加剂不改变成核和生长的方式,但香豆素对成核过程和晶核生长都起着促进作用,而三种添加剂混用则对成核和生长过程起着阻化作用.本文采用Fleischmann等人郝二建模型.     

球墨铸铁微观组织形成的数值模拟

基于结晶动力学理论，建立了球墨铸铁凝固过程各阶段微观组织形成形核和长大的数学模型；根据该结果动力学模型，编制了球铁微观组织形成模拟软件ＦＴＳｔｒｕｃｔｕｒｅ。该软件可以预测球铁凝固过程中各相的形成以及固态转变中铁素体和珠光体的形成，并进而预测铸态力学性能。模拟了阶梯形试块的冷却曲线、微观组织和布氏硬度。模拟与实测结果符合较好。     

钢液/（N2、H2）过饱和体系中气泡生长的数值分析

采用水/CO2体系模拟研究钢液/( N2、H2)过饱和体系中气泡生长动力学行为，分别建立水溶液和钢液中气泡形核长大机理模型。基于三种不同的气泡生长数学模型，分别研究水/CO2和钢液/( N2、H2)体系数学模型中气泡生长动力学，并采用水模型实验数据对数学模型进行验证。分析钢液/( N2、H2)体系前期和后期处理压力以及钢液深度等因素对气泡生长的影响。研究表明：采用气泡浮选去除夹杂物技术时，前期处理压力对气泡生长有显著促进作用；后期处理压力对气泡生长有阻碍作用，随着后期处理压力的升高影响逐渐加强；钢液深度对气泡生长有阻碍作用，随着钢液深度的增加影响逐渐减弱；相比氮气，钢液中氢气气泡析出长大更快。     

A two—dimensional molecular dynamics simulation of liquid—vapor nucleation

The molecular dynamics method is employed to simulate the liquid-vapor nucleation processes.The results show that the initial stage of nucleus in nucleation process is cavity or space containing very few vapor molecules.Because of the very limited size of the simulation domain in previous reports,further growth of the nucleus has not been realized.Large scale molecular dynamics simulation of liquid-vapor nucleation in dicates that the liquid-vapor nucleation process undergoes at least three stages:cavity growth,cavity coales-cence,bubble formation.     

添加剂的结构对镍电结晶的影响

采用循环伏安法研究了糖精、丁炔二醇和香豆素对镍电结晶过程的影响。无论Wstts 液中含不含上述添加剂,镍的电结晶均同于“不可逆和复杂的”过程,分别由不同的三维成核和晶核生长的动力学所引起。根据 Bosco 和Rangarajan 提出的成核/生长模式进行拟合,发现在不含、只含香豆素和同时含上述三种添加剂的 Watts 液中,电结晶遵循连续成核和生长的机理,而在含糖精,丁炔二醇或两者兼有的镀液中,则按瞬时成核/生长方式进行。还就三种添加剂的结构特征和吸附能力讨论了它们对成核和生长规律的影响。     

基于元胞自动机的30CrMo钢动态再结晶组织演变规律研究

根据30CrMo钢的热模拟实验数据,建立了基于动态再结晶物理机制的位错密度、形核率及晶粒长大模型,并采用元胞自动机(CA)方法模拟了30CrMo钢在不同温度及应变速率下的微观组织演变规律。结果显示,通过CA方法模拟得到30CrMo钢的流变应力曲线及平均晶粒尺寸均与实验值吻合较好,所建模型的有效性和准确性得到验证。当应变速率一定时,变形温度越高越利于动态再结晶的充分进行,稳态下晶粒尺寸相对较大;而当变形温度一定时,高应变速率条件下材料的形核率较大,再结晶晶粒较细小。