【摘 要】
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本文首先在Cahn–Hilliard和Allen–Cahn方程控制的自由能减少驱动的多组分合金系统的微观结构演变场方程的基础上建立并加入了由焓守恒定律导出的温度场方程;运用傅里叶谱方法求解离散微观结构以及温度场、流场的相场模型;最后,数值模拟了合金析出演化的过程。主要贡献如下:首先,选用四元合金相场模型在恒温条件下相场模型的基础上建立了非恒温相场模型,这个模型由相场方程和温度场方程控制,主要工作有
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本文首先在Cahn–Hilliard和Allen–Cahn方程控制的自由能减少驱动的多组分合金系统的微观结构演变场方程的基础上建立并加入了由焓守恒定律导出的温度场方程;运用傅里叶谱方法求解离散微观结构以及温度场、流场的相场模型;最后,数值模拟了合金析出演化的过程。主要贡献如下:首先,选用四元合金相场模型在恒温条件下相场模型的基础上建立了非恒温相场模型,这个模型由相场方程和温度场方程控制,主要工作有:1)将恒定温度改为线性温度;2)加入焓守恒定律导出的非恒温温度场;3)又结合在实际中合金析出受到温度的影响较大,各成分在析出过程中的形貌会受到温度以及强迫对流等情况的影响在非恒温温度场中耦合流场;4)改变合金各标称成分的浓度以及流场速度等。其次,使用傅里叶谱方法求解相场模型。运用Matlab进行编程实现相场模拟四元合金析出的过程,并利用Paraview软件对合金析出过程进行形貌可视化处理。最后,通过可视化得到相关结论。恒温状态下、线性温度状态下以及非恒温温度场下合金析出行为随温度场的变化情况都表明:Cu的沉淀物先从过饱和固溶体中析出,Mn、Ni随后析出。在线性温度下合金各元素的析出速度更快,且随着老化的继续,析出的元素会互相融合,当温度继续迭代增加或减少时,融合的沉淀物越来越多。而在相场中加入非恒温温度场,可以得出温度随着序参量的变化而变化,进而影响合金的析出,温度场的加入使得Cu析出物变得粗大且尺寸增加,Ni和Mn移至Cu析出物与Fe基体之间的界面区域,最终形成壳层的过程变得更短暂更快速,且Cu和Ni、Mn在温度较高的地方析出也更快更明显。合金成分越高析出沉淀物越快,融合的析出物也越多。而流场只影响温度的扩散集聚情况,对合金析出过程则影响较小。
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