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专利号: 2018115533914
申请人: 江苏理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于耦合晶界扩散相场法的多元合金固态相变模拟方法,其特征在于,所述模拟方法包括:S1根据多元合金的固态相变过程建立定量相场模型;

S2建立晶界模型;

S3将建立的晶界模型耦合入定量相场模型中;

S4根据固态相变建立周期性边界条件或镜像对称条件;

S5建立微观组织演化模型,并基于金兹堡‑朗道理论及Fick–Onsager方程建立模拟固态相变的相场模型;

在步骤S1的多元合金中,系统的自由能G为:其中, 表示预定义的一组序参量{η1,η2,.....ηq}中的所有序参量计算结果的和,η1代表固相1,其余序参量代表固相2的不同取向,q表示该组序参量中包含的序参量的数量;Vm为摩尔体积;κ为能量梯度系数,且 kx、ky及kz为正常数,表示三维方向上界面能的大小;Gm为局部摩尔自由能,且其中,f(η)为固相1的体积分数,

为固相1的摩尔自由能, 为固相2的摩尔自由能,W(η)为固相1和固相2自由能之间的能垒,X为n元系中的成分场变量,T为热处理温度;

建立定量相场模型:

其中,f(η)表示固相1的体积分数,i表示合金中的某元素, 表示固相1中i元素的含量, 表示固相2中i元素的含量,Xi表示合金中i元素的平均含量,Gi'表示界面处固相1与固相2平衡时i元素的化学势;

晶粒内元素的动力学系数Mpi为:

其中, 表示固相1的动力学系数, 表示固相2的动力学系数,p和i表示合金中的不同元素;

在步骤S2中,使用等效的沿晶界扩散系数DGBPF表示晶界模型:其中,DV表示溶质在晶粒内的扩散系数,a表示相场模型中的晶界扩散系数与晶内扩散系数之比;

其中,ηeq表示界面处两相平衡时序参量的轮廓曲线,λ表示半个界面的厚度、ω表示两相自由能的能垒高度; 代表晶界,为预定义该组序参量{η1,η2,.....ηq}中标号不同的序参量计算结果的和。

2.如权利要求1所述的模拟方法,其特征在于,在步骤S3中,耦合后定量相场模型中晶粒内元素的动力学系数M`pi为:其中,Mpi为耦合前晶粒内元素的动力学系数; 代表晶界,为预定义该组序参量{η1,η2,.....ηq}中标号不同的序参量计算结果的和。

3.如权利要求2所述的模拟方法,其特征在于,在步骤S5中,在多元合金中,系统的成分场变量演化控制方程为:系统的相场变量随时间的演化控制方程为:

其中,L表示序参量演化的动力学系数,

为了便于数值积分,要将上面的两个公式转换成无量纲形式:其中,

M0、G0是两个归一化因子,分别表示迁移率和自由能,l0表示计算网格的尺寸,σ为界面能。