正常晶粒长大的计算机模拟(Ⅰ)--晶粒长大动力学跃迁概率的改进

根据晶粒长大真实的物理过程提出了构建跃迁概率所必须满足的条件. 在此基础上提出了正确考虑温度影响的跃迁概率, 并采用该概率对晶粒长大过程中温度和第二相粒子含量的作用进行了模拟. 模拟结果可以更真实地反映晶粒长大的物理过程, 又能与已有的计算数据相容, 表现出较传统概率更好的优越性.     

基于物质跃迁能垒改进正常晶粒长大的Monte Carlo模拟

在采用改进的Monte Carlo方法模拟正常晶粒的长大过程时,考虑到实际晶粒长大过程中物质状态跃迁需克服一定能垒,把跃迁能垒引入到状态跃迁概率计算中,使模拟过程所含物理意义更为明确。模拟结果表明:在各种模拟条件下得到的模拟晶粒长大指数为0.472～0.493,接近理论的晶粒长大指数(0.5)。改变模拟温度和能垒等模拟条件后,得到的晶粒形貌演变过程、晶界分布拓扑特征以及晶粒长大速率等模拟结果也均与晶粒长大动力学相关理论和实际晶粒长大规律相吻合。     

一种改进的晶粒长大Monte Carlo模拟方法

简要回顾了晶粒长大理论并分析了现有Monte Carlo模拟方法的不足，提出了一个“择优转换”方法，确保节点转换时晶界向其曲率中心移动，以致模拟过程更接近物理基础，避免了重新形核的发生，使模拟效率大大提高，模拟的晶粒长大指数达到0．478，已接近理论值，组织形貌和实际材料正常晶粒长大组织基本一致．     

晶粒长大介观尺度Monte Carlo方法实时模拟

提出了一个用于晶粒长大Monte Carlo模拟的实时计算新模型,基于该模型以及作者已提出的“择优转换原则”、“新结点再取向转换概率公式”等改进措施构建了一个Monte Carlo实时模拟程序,用于纯铝正常晶粒长大过程实时模拟。结果表明,Monte Carlo实时模拟程序有效地模拟了纯铝晶粒长大过程;实际时间treal与模拟时间tC。呈指数关系;模拟的晶粒长大速率与实际长大速率接近。     

铁素体不锈钢焊接热影响区晶粒长大过程模拟

提出一种用Monte Carlo模拟单相合金的热影响区（HAZ）晶粒长大方法,可以将焊接实际时间与模拟过程对应起来,应用有限元方法计算出焊接热循环,并结合晶粒长大的Arrhenius公式,模拟了铁素体不锈钢EB26-1在一定规范下HAZ晶粒的演变情况,模拟结果表明,此方法可以预测HAZ中晶粒的分布以及存在于HAZ中很陡的温度梯度对晶粒长大的阻碍作用。     

晶粒长大过程中1种自相似态的仿真实验验证

采用Potts Monte Carlo方法对正常晶粒长大过程进行了仿真,并实现了晶粒的准稳态长大。仿真结果显示,准稳态晶粒长大阶段的尺寸分布不是经典Hillert理论预测的Hillert(v=4)分布,却可以用Weibull函数来描述或由v<4的解析函数来表征。其中v为晶粒尺寸分布因子。本研究的Monte Carlo仿真结果证实了v<4的准稳态晶粒尺寸分布的存在。     

织构诱发异常晶粒长大的Monte Carlo模拟

利用欧拉角表示晶粒取向的Monte Carlo方法,模拟了异常晶粒长大过程。通过Voronoi模型产生了晶粒尺寸近似符合Lognormal分布且具有立方织构的初始组织,比较了该组织中不同织构半峰宽和体积分数对晶粒长大过程的影响。模拟结果表明:随着半峰宽变大,异常晶粒长大可能性和平均晶粒尺寸都变大;织构体积分数对异常晶粒长大的影响相对较小,只在半峰宽较小且体积分数很大时,才抑制异常晶粒长大,模拟结果与实验吻合。另外,模拟组织中平均晶粒长大速度不仅受到晶界迁移率的影响,而且受到异常晶粒长大数量的影响。     

硬质合金晶粒长大的计算机研究

细晶粒的硬质合金粉末广泛应用于诸如整体立铣刀和微钻等工具：对于生产细晶粒的硬质合金来说，有关硬质合金晶粒长大方面的知识尤为重要。在本研究中，使用蒙特卡罗(Monte Cado)计算机模拟技术对硬质合金晶粒持续和断续的生长过程进行了研究。模拟中假定Ostwald成熟过程(溶解／再沉淀)和晶界迁移过程为晶粒长大机理，研究了液相成分、晶界能以及粗晶嵌入的影响。模拟结果，从定性方面来看和实验结果是相符的。这些结果表明，液相分布、WC／WC晶界能以及粗晶的夹杂是抑制硬质合金晶粒断续长大的重要因素。     

不同初始组织的3D晶粒长大仿真及其准稳态分布研究

设计了晶粒尺寸分别呈β=2.96与β=3.47的Weibull分布的2种3D初始晶粒组织,采用Pons模型Monte Carlo改进算法进行了界面曲率驱动的3D晶粒长大过程的仿真研究.晶粒仿真长大过程遵循抛物线长大规律,且晶粒生长指数非常接近于理论值0.5.仿真结果表明:源于2种初始组织所得准稳态晶粒尺寸均趋于β=2.80±0.03的同种Weibull分布,准稳态晶粒面数则均呈对数正态分布.进一步分析发现,刘国权及其合作者近年来基于不同长大速率理论模型导出的两类3D准稳态晶粒尺寸分布函数与本文仿真实验所得数据相互吻合.     

晶界能各向异性晶粒长大的计算机模拟

建立了晶界能各向异性正常晶粒长大的二维元胞自动机模型,并对等温条件下的晶粒生长进行了模拟。通过模拟,得到了不同时刻晶粒显微组织演化图,并且定量地分析了晶粒长大动力学,晶粒尺寸分布和晶粒边数分布。研究结果表明,受晶界能各向异性的影响,晶粒长大指数低于理论值,晶粒中6边形的晶粒居多,晶粒边数分布呈现时间不变性。本模型能较准确地反映正常晶粒长大规律及其动力学,为晶粒组织演化的控制提供依据。     

Modification of computer simulation of normal grain growth

A set of principles on transition probability was supplied for the physical process of grain growth. In accord with these principles, a modified transition probability considering the influence of temperature was put forward to simulate the normal grain growth relying on temperature and second phase particles. The modified transition probability correctly reflects the dependence of grain growth on the temperature. The effect of different shapes of second phase particles on the grain growth process was taken into account using the modified transition probability. The relationship between the area fraction of second phase particles and the limit of grain size of the matrix was given. The microstructural evolution patterns employed to 2-D were given. The results agree well with the real grain growth process. All these suggest that the modified transition probability is better than the conventional one.     

正常晶粒长大的计算机模拟(Ⅱ)--第二相粒子形状及取向的影响

采用改进的跃迁概率和MonteCarlo加速算法,模拟了第二相粒子不同形状及其取向对基体晶粒长大的影响.模拟结果表明:针状粒子钉轧晶界的效果好于球状粒子,但随着第二相面积分数fA的增加,晶粒平均尺寸受第二相形状的影响逐渐减小,而晶粒形态受到的影响逐渐增强;取向对基体晶粒长大没有明显影响.     

焙烧过程晶粒生长的Monte Carlo模拟

基于Monte Carlo（MC）方法,根据晶粒生长机理建立改进的转换概率模型,在不同焙烧温度、焙烧时间和激活能条件下可实现晶粒生长过程结构演化的计算机模拟,对模拟和实验数据进行分析,结果表明：当晶粒生长指数为2.17时,模拟与实验具有较好的一致性,从而得出焙烧过程晶粒的生长动力学模型;该模型能够较好地解释焙烧过程晶粒的生长过程,对晶粒生长动力学研究等具有一定的指导意义。     

焊接热影响区晶粒长大过程的微观组织模拟

利用蒙特卡罗方法(MC)结合焊接工艺试验，模拟了单相合金焊接热影响区(HAZ)的晶粒长大过程。文中首先应用试验方法确定了材料的晶粒长大动力学方程，在不同峰值温度和冷却速度等热输入的情况下，模拟结果再现了晶粒长大的动态过程，并体现出热钉扎效应。得出了与焊接实际过程相一致的模拟结果。为以后进行三维焊接热影响区晶粒长大模拟奠定了可靠的基础。     

NdFeB合金粉末脱氢-再结合过程组织演变和晶粒生长的Monte Carlo模拟(英文)

基于歧化态NdFeB合金粉末脱氢-再结合相变过程中晶粒长大的机理,建立MC物理模型,实现了在不同脱氢-再结合处理温度下,再结合Nd2Fe14B相的晶粒生长过程结构演化的计算机模拟,以及晶粒生长动力学的研究。分析表明:该模型能较好地模拟脱氢-再结合过程的晶粒生长过程,并且在模拟时间区间内,平均晶粒生长指数n≈0.8,高于标准值0.5。     

MC方法模拟晶粒长大的改进算法和晶粒数统计的研究

基于材料等温下所有晶粒长大的同步性,认为单元进行再取向尝试时采用随机提取更符合物理模型,且所有单元全部提取并完成一次再取向尝试记为一个MCS,弥补了以往模拟中采用逐一提取单元的不足.晶粒长大模拟结果符合大晶粒不断变大且有相似性,小晶粒的无规则随机变小的规律.采用了对晶粒个数、面积的精确统计算法,得出晶粒长大指数达到0.48～0.51.     

最大取向值对晶粒生长元胞自动机模拟结果的影响

为了研究最大取向值Q的大小对晶粒生长的元胞自动机模拟过程及结果的影响,对Q值分别取30、50、70、100、150、200时进行了模拟分析。结果表明,Q值较小时晶粒生长过程中极易发生晶粒碰撞现象导致晶粒异常长大,当Q值大于100时模拟过程平稳且符合晶粒生长理论,当Q值大于150时对模拟过程没有显著影响。不同Q值时晶粒的生长指数相差很小,且与其他研究者给出的生长指数十分接近,说明模拟过程是可信的。     

Combining cellular automata and Monte Carlo algorithm to simulate three-dimensional grain growth

A 3-D simulation of grain growth was conducted by utilizing cellular automata （CA） and Monte Carlo （MC） algorithm. In the simulating procedure, the three-dimensional space is divided into a large number of 2-D isometric planes. Then, each of the planes is divided into identical square cells. Finally, the cellular automata and Monte Carlo algorithm are combined together to simulate the grain growth. Through an evolutionary simulation, the recrystallized microstructure, the grain growth rate and the grain size distribution are acceptably predicted. The simulation routine can be used to simulate the real physical-metallurgy processes and to predict quantitative dynamic information of the evolution of microstructure. Further more, the method is also useful for optimization of materials properties by controlling the microstructure evolution.