正常晶粒长大数值模拟

第16卷 总第64期特钢技术

Vol.16(64)综 述

正常晶粒长大数值模拟

余万华1 冯光宏2 詹合林1 吴春京1 毛卫民1

(1北京科技大学材料科学与工程学院北京1000832钢铁研究总院冶金工艺研究所北京100081)

摘 要:从统计角度建立了正常晶粒长大的三维模型,该模型假定在奥氏体晶粒长大过程中,每个粒子体积的变化不仅与最近邻的晶粒有关,而且与系统中所有晶粒均有关,界面能的降低是晶粒长大的驱动力。通过模型计算可获得任意时刻的晶粒尺寸分布以及平均晶粒大小。第二相粒子的阻碍作用被引入到模型。温度升高,第二相粒子溶解,对正常晶粒长大的阻碍作用减小。初始晶粒尺寸分布采用对数正态分布。

关键词:晶粒长大 界面能 第二相粒子 晶粒尺寸分布

中图分类号:TB114 文献标识码:A 文章编号:1674-0971(2010)03-001-04

NumericalSimulationofNormalGrainGrowth

YuWanhuaFengGuanghongZhanHelinWuCunjing,MaoWeimin

2MetallurgicalTechnologyInstitute,CentralIron&SteelResearchInstitute,Beijing,100081)

1

2

1

1

1

(1SchoolofMaterialScienceandEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing,100083.

Abstract:Astatisticalmodelofnormalgraingrowthhasbeenmadeontheassumptionthateverygrainissurroundedstatisticallybygrainsofallothersizeandthedrivingforceforthegrainboundariesmigrationsduringgraingrowthisthegrainboundariesener-gy.Themodelcanpredictthegrainsizedistributionandtheaveragegrainsizebycalculating.Thepinningforceisintroducedtothemodelasafittingparameter.Thesecond-phaseparticlesdissolvedwhenthetemperatureincreasesandthepinningforcereduces.Theinitialgrainsizedistributionislognormal.

KeyWords:Graingrowth,Boundaryenergy,Second-phaseparticles,Grainsizedistribution

引言

对晶粒长大现象的研究最早可以追溯到上世纪中叶,Beck等人最早对晶粒长大动力学进行了研究,得到实验平均晶粒尺寸随时间近似呈抛物线关系。

d1/ n-d1/ n=Ct0

是保温时间,n、C是常数。

Turnbull

[3][1,2]

一假设直接导致了幂函数关系动力学,其理想的晶粒长大指数为n=2。 Rm-R0=Ct

下长大的数据,总结推导出了以下方程: dn-dn=Ct0

(3)

2

2

(2)

Sellars[4]分析了低碳-锰钢的晶粒在等温状态

(1)

式中d0是原始晶粒直径,d是最终晶粒直径,t

认为界面能的降低是晶粒长大过程

随后有不少学者也都采用了与Beck公式相类似的表达式,只是常数项表达式略微不同。

晶粒长大分为正常晶粒长大和异常晶粒长大。正常晶粒长大模型大体上可以归为确定性模型和统计型模型两种类型。确定性模型假设任意晶粒的变化都受到系统所有晶粒的影响,它依靠计算机强大的计算功能模拟系统每个晶粒的演变,而统计模型

发生的驱动力。由于表面曲率引起的压力迫使原子通过晶界进行传输,从而导致晶界的迁移。晶粒在长大过程中晶界面积减小,能量降低,使得晶界的迁移总是向着其曲率中心方向迁移,其中最重要的假设是单个晶粒的曲率半径正比于平均晶粒尺寸,这

收件日期:2010-05-19

作者简介:余万华,副教授。在北京科技大学材料学院任教。E-Mail:wanhua.yu@mater.ustb.edu.cn,ustbywh@sina.comTel:01062332572,13381186768