MC法模拟二元合金的共晶凝固

论文摘要

共晶合金是一种实用价值很高的合金,但是由于其凝固过程中的晶体生长十分复杂而多样化,所以弄清楚多种因素之间的因果关系,并不是一件十分容易的事情。当然,共晶合金的凝固过程中的晶体生长也是受传热,传质以及固液界面能所控制,故在此对复杂的晶体生长过程,控制晶体生长的诸因素以及作用机理的概要进行阐述。本文对Pb-Sn共晶合金在忽略一些影响较小的因素基础上运用计算机,采用MC算法对其在共晶凝固长大时,即平衡凝固时的生长过程和形貌进行模拟。本文主要展开以下几个方面的工作:1在对Pb-Sn共晶合金进行模拟时,总结了国内外学者运用蒙特卡罗法模拟晶体生长时的成果和不足,采用改进后的蒙特卡罗算法,分析了Pb-Sn共晶合金生长过程中的可逆过程,确定了产生随机数的方法和程序,建立了Pb-Sn共晶合金的模拟模型,运用模拟的原理及其周期性边界条件对Pb-Sn共晶合金生长过程进行模拟。2根据共晶凝固的原理和机制及在此基础上共晶合金的生长形态,特别是片层状合金生长的定性分析,根据E. Cadirli,M. Gündüz所作的Pb-Sn共晶合金凝固的试验,确定Pb-Sn共晶合金模拟所需要的物理参数,即为层间距λE同温度梯度G ,生长速率V和冷却速率GV ,根据Jackon-Hunt模型及其片层状合金形成的过冷度和界面的平均曲率得出了λE和G（V恒定）,或λE和V （G恒定）之间的关系:即当G ,V和GV增大时,λE是减小的。3以前两项工作为基础和依据,编制程序进行模拟,并最终得出结果,将模拟的结果同实验和理论结论相比较,结果两者在物理参数和合金的形貌上都吻合较好。在共晶合金的平衡凝固阶段,当冷却的速度适中时,片层状共晶组织的形貌可以通过计算机形象的模拟出来。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 计算物理学的概述
• 1.1.2 计算材料学的概述
• 1.1.3 计算材料学的研究内容
• 1.1.4 蒙特卡罗方法及其发展历程
• 1.1.5 产生随机数的方法
• 1.1.6 用于晶粒生长的MC 算法
• 1.1.7 改进算法
• 1.1.8 计算机模拟晶体生长的概述
• 1.2 本文研究思路
• 第2章 共晶合金的生长分析
• 2.1 共晶合金生长
• 2.1.1 共晶成分的合金的特征
• 2.1.2 共晶组织形态
• 2.2 片层状共晶生长的定性分析
• 2.2.1 片层状共晶生长的定性分析
• 本章小结
• 第3章 共晶合金凝固过程的计算机模拟
• 3.1 模型的建立
• 3.1.1 模拟区域网格的划分
• 3.2 模拟原理
• 3.3 模拟的过程
• 3.3.1 形核
• 3.3.2 晶粒长大
• 3.4 共晶合金模拟的具体步骤
• 3.4.1 模拟的条件
• 3.4.2 共晶生长包括两个可逆过程
• 本章小结
• 第4章 共晶合金模拟结果与实验结果相比较
• 4.1 Pb-Sn 规则共晶合金模拟
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 发表文章