液態(tài)金屬鎳的熱歷史對凝固微結(jié)構(gòu)演變影響的模擬研究.pdf

1、本文采用分子動力學(xué)方法，模擬研究了液態(tài)金屬Ni在快速凝固過程中熔體初始溫度和初始等溫步數(shù)熱歷史條件對微觀結(jié)構(gòu)演變的影響。并結(jié)合雙體分布函數(shù)g(r)曲線、體系原子平均能量、鍵型指數(shù)法、原子團類型指數(shù)法(CTIM)和微觀結(jié)構(gòu)可視化分析方法，對快速凝固過程中微觀結(jié)構(gòu)的演變進行了更為詳細和深入的研究。
　　 通過熔體初始溫度對液態(tài)金屬Ni凝固過程中微觀結(jié)構(gòu)演變影響的模擬研究，發(fā)現(xiàn)初始溫度對體系的凝固微結(jié)構(gòu)演變有重要影響。結(jié)果表明，對由1

2、0000個Ni原子組成的體系，分別從六個不同的初始溫度(2073K，2023K，1973K，1923K，1873K和1823K)以1×1012K/s的冷速快速冷卻到273K時，體系均形成以FCC為主、HCP共存的晶態(tài)結(jié)構(gòu)，但各體系中FCC與HCP原子團的數(shù)目隨初始溫度的變化呈現(xiàn)顯著差異;末態(tài)時體系平均原子能量隨初始溫度的降低而升高，1421鍵型相對數(shù)和FCC原子團數(shù)目隨初始溫度的降低而逐漸減小，1422鍵型相對數(shù)和HCP原子團數(shù)目隨初始

3、溫度的降低逐漸增大。即初始溫度越高，體系末態(tài)能量越低，越趨向于形成完美的FCC晶體結(jié)構(gòu);通過可視化分析發(fā)現(xiàn)在初始溫度較高的體系中，同種團簇結(jié)構(gòu)的原子出現(xiàn)明顯的分層聚集現(xiàn)象，隨著初始溫度的下降，這種分層現(xiàn)象將被逐漸彌散開去。對由10000個Ni原子組成的體系，在相同的初始溫度1973K時，分別運行不同的時間步數(shù)(50000步，100000步，150000步，200000步，500000步和1000000步)來表達不同的初始熱歷史條件，再以

4、1×1012K/s的冷速快速冷卻到273K，可得到六組不同初始等溫步數(shù)下體系凝固過程的結(jié)構(gòu)演變數(shù)據(jù)。對結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn):隨著等溫步數(shù)的增大，末態(tài)時晶體結(jié)構(gòu)的主體出現(xiàn)了由FCC→HCP→ FCC的轉(zhuǎn)變，即等溫步數(shù)為50000步，100000步，150000步和200000步體系的結(jié)構(gòu)均為FCC為主，HCP共存的晶態(tài)結(jié)構(gòu);等溫步數(shù)為500000步體系的末態(tài)結(jié)構(gòu)則變?yōu)镠CP為主，F(xiàn)CC共存的晶態(tài)結(jié)構(gòu);當(dāng)初始等溫步數(shù)繼續(xù)增加到1000000步