Fe基非晶合金的分子动力学模拟

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:sqs1989
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Fe基非晶合金具有优异的力学、化学、电学和磁学等性能,价格低廉、应用前景广阔,同时非晶晶化法还是制备纳米晶合金的主要途径。然而,Fe基非晶合金低的玻璃形成能力一直是限制其作为工程结构材料而大量生产的一大问题。因此,开发出兼备优异力学性能和高玻璃形成能力的Fe基非晶合金具有十分重要的意义,对Fe基非晶合金制备工艺及形成机理的研究是目前的研究热点之一。近年来,分子动力学模拟技术快速发展,能够实现原子结构演变的模拟,从原子角度计算材料的各种性能,成为了研究非晶合金的重要方法之一。本文采用分子动力学方法对Fe-Cr-Mo合金体系进行非晶/纳米晶化过程、应力晶化行为以及元素添加对形成非晶临界冷速的影响的模拟研究。首先,模拟了Fe75Cr12.5Mo12.5合金的非晶/纳米晶化过程。通过动力学热浴实现合金的融化,通过淬火处理获得室温非晶结构,通过退火处理最终获得了非晶/纳米晶结构,记录了不同阶段晶胞原子构型,通过分析XRD图谱和RDF图等探讨了非晶/纳米化的机理。然后,模拟了Fe75Cr12.5Mo12.5非晶合金和非晶/纳米晶合金的应力晶化行为。结果表明非晶合金在应变值达到0.26时发生晶化,形成完美晶态结构,而非晶/纳米晶合金在应变值达到0.18后,原来非晶/纳米晶里的晶界突然消失,而存在于非晶/纳米晶里的部分非晶态结构也发生了结晶,当应变值达到0.24后,获得了完美晶态结构。最后,模拟了Fe60Cr20Mo20和Fe50Cr20Mo20M10(M=Ni, W)非晶合金的形成过程,计算出了三种合金形成非晶的临界冷速和一些热力学参数。结果表明三种合金形成非晶的临界冷速分别为15.7K/ps、3.62K/ps和1.04K/ps,说明四元合金比三元合金更容易形成非晶态结构,并且W元素的添加更能提高合金的玻璃形成能力。另外从热力学角度考虑,合金Fe50Cr20Mo20W10的约化玻璃转变温度Trg为0.626,过冷液相区温度ΔT也可达到323K,说明其具有较强的玻璃形成能力和良好的非晶稳定性。
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