Fe-Cr二元合金微观组织演化的质量密度场耦合动力学Monte-Carlo模拟研究

作     者：史芳杰 李南 郭峻铭 陈柏屹 李飒腾 刘浩良 郭建业 李乾武 李烨飞 肖冰 Shi Fang-Jie;Li Nan;Guo Jun-Ming;Chen Bai-Yi;Li Sa-Teng;Liu Hao-Liang;Guo Jian-Ye;Li Qian-Wu;Li Ye-Fei;Xiao Bing

作者机构：苏州热工研究院有限公司苏州215004 西安交通大学电气工程学院电力设备与电气绝缘国家重点实验室西安710049 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2023年第72卷第13期

页      面：151-168页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划(批准号:2020YFB1901500)资助的课题 

主　　题：Fe-Cr 合金 富 Cr 沉积 动力学 Monte-Carlo 模拟 粗粒化方法 

摘      要：本文建立了一种全新的将动力学Monte-Carlo粒子模拟与基于归一化Gauss函数基组的质量密度场空间粗粒化模型耦合的杂化模拟算法.采用该杂化模拟算法,系统对比研究了4种Cr原子含量分别为12.8%,20.0%,30.0%和40.0%的Fe-Cr合金中Cr相在温度为673 K下的时效析出动力学机制,及其时效不同阶段微观组织形貌的演变规律.研究得出Fe-Cr(12.8%)合金富Cr相时效组织形貌呈现孤立颗粒状空间分布形态,时效机制属于形核-长大(NG)机制;对于Fe-Cr(30.0%)和Fe-Cr(40.0%),富Cr相时效形貌在形核-生长及熟化阶段均呈现为三维蠕虫状空间分布特征,时效机制属于条幅分解(SD)机制;对于Fe-Cr(20.0%)合金,其富Cr相组织演化特征介于NG和SD机制之间.研究进一步发现Cr原子短程序参量可用来分析富Cr相形核-生长阶段Fe-Cr合金原子尺度结构的演变,但对于时效熟化阶段微观结构组织变化不敏感.基于空间粗粒化后Fe-Cr合金微观组织形貌,进一步分析了4种Cr原子含量下Fe-Cr合金相变动力学参数如富Cr相体积分数、平均粒径及相颗粒数密度随时效时间演变.本文建立的质量密度场耦合动力学Monte-Carlo模拟方法,为开发多尺度算法模拟合金时效动力学机制及微观组织形貌演变提供了新的思路和研究基础.