本申请公开了一种改善纳米晶粒生长稳定性的模拟方法、装置、设备及介质。该方法可以包括：通过表面冲击塑性变形，建立纳米结构再结晶相场模型，其中，纳米结构再结晶相场模型中包含具有高局域储存能、低局域界面能的纳米晶粒和/或局域高界面能动性的晶粒；计算纳米结构再结晶相场模型的自由能函数，进而计算自由能密度函数；将自由能密度函数带入纳米结构再结晶相场模型，模拟包含大晶粒的合金纳米晶粒生长。本发明专利技术通过引入大晶粒，在保障整体纳米结构的前提下，局部释放变形储能，抑制再结晶形核，实现再结晶系统亚稳结构长期稳定的组织。织。织。
【技术实现步骤摘要】
改善纳米晶粒生长稳定性的模拟方法、装置、设备及介质
[0001]本专利技术涉及组织演变模拟
，更具体地，涉及一种改善纳米晶粒生长稳定性的模拟方法、装置、设备及介质。
技术介绍
[0002]控制织构产生和显著细化晶粒，充分发挥镁合金的综合力学性能，是改善镁合金强韧性的关键，也是扩大镁合金实际应用范围的一条途径。
[0003]近两年，研究者通过大塑性变形在滑移系较少的密排六方结构镁合金中实现了纳米化，并对纳米级晶粒的形成机制展开了讨论，有文献将镁合金纳米化的机制归结为位错运动和动态再结晶；而有研究学者则认为镁合金首先通过孪晶将原始粗晶粒分割为孪晶片，随着变形量的增加，双孪晶和层错形成并且启动位错滑移，最终实现了镁合金的纳米化。可见，关于镁合金大塑性变形纳米化的机制还存在争议，有些问题还不十分清楚。
[0004]由于晶粒的尺寸很小，晶界原子的体积百分数非常高，使纳米晶材料具有传统材料无法比拟的特性，比如高强度，高耐磨性及耐腐蚀性能。而纳米材料特定的结构和形貌对于其性能有着巨大的影响作用。利用深度塑性变形制备镁合金纳米晶粒可以实现整体纳米化，克服纳米晶微观结构中存在杂质、气孔等缺陷，获得具有清洁界面，污染少且尺寸均匀的纳米晶粒，而且工艺比较简单。但是已有的纳米晶制造技术表明，纳米晶热稳定性差，韧性差，阻碍了其实际应用。有学者通过动态塑性变形技术在液氮温度获得纯铜的纳米晶粒，但在退火再结晶过程中，发现纳米晶粒的具有强烈的不稳定性。
[0005]因此，有必要开发一种改善纳米晶粒生长稳定性的模拟方法、装置、设备及介质。
[0006]公开于本专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
[0007]本专利技术提出了一种改善纳米晶粒生长稳定性的模拟方法、装置、设备及介质，其能够通过局域界面能、储存能和界面能动性的改变，以实现在纳米基体中引入大晶粒，在保障整体纳米结构的前提下，局部释放变形储能，抑制再结晶形核，实现再结晶系统亚稳结构长期稳定的组织。
[0008]第一方面，本公开实施例提供了一种改善纳米晶粒生长稳定性的模拟方法，包括：
[0009]通过表面冲击塑性变形，建立纳米结构再结晶相场模型，其中，所述纳米结构再结晶相场模型中包含具有高局域储存能、低局域界面能的纳米晶粒和/或局域高界面能动性的晶粒；
[0010]计算所述纳米结构再结晶相场模型的自由能函数，进而计算自由能密度函数；
[0011]将所述自由能密度函数带入所述纳米结构再结晶相场模型，模拟包含大晶粒的合金纳米晶粒生长。
[0012]优选地，所述自由能函数为：
[0013][0014]其中，F是系统自由能，η
j
(r,t)是长程取向常数，j为晶粒可能的取向，r为矢量位置，dr＝dx
×
dy
×
dz，t为时间，K2是梯度常数，f0是局域自由能密度函数，q是系统中晶粒总取向个数，p是系统中再结晶前晶粒的取向个数。
[0015]优选地，所述自由能密度函数为：
[0016][0017]其中，c(r,t)是成分场变量，c
l
是自由能
‑
成分曲线上最低点位置的成分含量，K1是取向分别为η
i
和η
j
的晶粒间的耦合常数，B1、B2为储能项系数，A、A1、A2为热力学参数。
[0018]优选地，确定所述自由能密度函数后，计算所述自由能函数与所述自由能密度函数中的参数数值，包括：
[0019]储能项系数B1、B2，热力学参数A、A1、A2，梯度常数K2、耦合常数K1。
[0020]优选地，通过以下步骤计算所述储能项系数：
[0021]建立B1、B2为储能项系数的关系为：
[0022]B1(c
‑
c
l
)2＝B2ꢀꢀꢀ
(3)
[0023]计算应变储存能为：
[0024]E＝B1(c
‑
c
l
)2/2
‑
B2/4
ꢀꢀꢀ
(4)
[0025]获得不同温度下的自由能
‑
成分曲线，联立公式(3)和公式(4)，计算储能项系数B1和B2。
[0026]优选地，通过以下步骤计算热力学参数：
[0027]根据自由能
‑
成分曲线对所述自由能密度函数方程进行拟合，确定热力学参数A、A1、A2。
[0028]优选地，通过以下步骤计算梯度常数与耦合常数：
[0029]确定界面能为：
[0030][0031]其中，f
min
是远离晶界在晶内的能量常数值，K
i
和K
j
是分别是i和j取向的梯度常数，在各向同性系统中，K
i
＝
‑
K
j
＝K2，耦合常数K1和梯度常数K2由界面能和晶界作用域共同决定，最终确定K1和K2的取值。
[0032]作为本公开实施例的一种具体实现方式，
[0033]第二方面，本公开实施例还提供了一种改善纳米晶粒生长稳定性的模拟装置，包括：
[0034]建模模块，通过表面冲击塑性变形，建立纳米结构再结晶相场模型，其中，所述纳米结构再结晶相场模型中包含具有高局域储存能、低局域界面能的纳米晶粒和/或局域高界面能动性的晶粒；
[0035]计算模块，计算所述纳米结构再结晶相场模型的自由能函数，进而计算自由能密度函数；
[0036]模拟模块，将所述自由能密度函数带入所述纳米结构再结晶相场模型，模拟包含大晶粒的合金纳米晶粒生长。
[0037]优选地，所述自由能函数为：
[0038][0039]其中，F是系统自由能，η
j
(r,t)是长程取向常数，j为晶粒可能的取向，r为矢量位置，dr＝dx
×
dy
×
dz，t为时间，K2是梯度常数，f0是局域自由能密度函数，q是系统中晶粒总取向个数，p是系统中再结晶前晶粒的取向个数。
[0040]优选地，所述自由能密度函数为：
[0041][0042]其中，c(r,t)是成分场变量，c
l
是自由能
‑
成分曲线上最低点位置的成分含量，K1是取向分别为η
i
和η
j
的晶粒间的耦合常数，B1、B2为储能项系数，A、A1、A2为热力学参数。
[0043]优选地，确定所述自由能密度函数后，计算所述自由能函数与所述自由能密度函数中的参数数值，包括：
[0044]储能项系数B1、B2，热力学参数A、A1、A2，梯度常数K2、耦合常数K1。
[0045]优选地，通过以下步骤计算所述储能项系数：
[0046本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种改善纳米晶粒生长稳定性的模拟方法，其特征在于，包括：通过表面冲击塑性变形，建立纳米结构再结晶相场模型，其中，所述纳米结构再结晶相场模型中包含具有高局域储存能、低局域界面能的纳米晶粒和/或局域高界面能动性的晶粒；计算所述纳米结构再结晶相场模型的自由能函数，进而计算自由能密度函数；将所述自由能密度函数带入所述纳米结构再结晶相场模型，模拟包含大晶粒的合金纳米晶粒生长。2.根据权利要求1所述的改善纳米晶粒生长稳定性的模拟方法，其中，所述自由能函数为：其中，F是系统自由能，η
j
(r,t)是长程取向常数，j为晶粒可能的取向，r为矢量位置，dr＝dx
×
dy
×
dz，t为时间，K2是梯度常数，f0是局域自由能密度函数，q是系统中晶粒总取向个数，p是系统中再结晶前晶粒的取向个数。3.根据权利要求2所述的改善纳米晶粒生长稳定性的模拟方法，其中，所述自由能密度函数为：其中，c(r,t)是成分场变量，c
l
是自由能
‑
成分曲线上最低点位置的成分含量，K1是取向分别为η
i
和η
j
的晶粒间的耦合常数，B1、B2为储能项系数，A、A1、A2为热力学参数。4.根据权利要求3所述的改善纳米晶粒生长稳定性的模拟方法，其中，确定所述自由能密度函数后，计算所述自由能函数与所述自由能密度函数中的参数数值，包括：储能项系数B1、B2，热力学参数A、A1、A2，梯度常数K2、耦合常数K1。5.根据权利要求4所述的改善纳米晶粒生长稳定性的模拟方法，其中，通过以下步骤计算所述储能项系数：建立B1、B2为储能项系数的关系为：B1(c
‑
c
l
)2＝B2ꢀꢀꢀ
(3)计算应变储存能为：E＝B1(c
‑
c
l
)2/2
‑<...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴艳，王硕，
申请(专利权)人：武汉轻工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。