Al-（Cu）-（Mg）合金微结构演化的计算机模拟

论文摘要

微合金化是改善铝合金性能的重要手段,一直是铝合金的研究热点。但是合金微结构的演化是一复杂的过程,直接用实验观察比较困难,如果采用计算机随机模拟的方法,即Monte Carlo（蒙特卡罗）方法,便可使问题简单化。近几年国内外学者研究了Monte Carlo算法和晶粒形貌的可视化,并将Monte Carlo方法应用在复杂合金系统、焊接过程和陶瓷烧结过程等领域的晶粒生长模拟,但具体到Al-Cu-Mg合金的微结构的研究,尤其是对微量元素Si、Sc、Zr的微合金化作用的研究还不够深入。本文主要从热力学及动力学理论出发,深入系统地展开了对Al-Cu-Mg合金的微结构演化过程的研究;尝试将动力学理论与蒙特卡罗方法相结合,构建了铝合金的微结构演化模型;并从基合金本身的微结构演化过程研究,推进到含有微量元素的复杂合金的研究领域;进一步深入地揭示了微合金化元素对铝合金微观结构演变的影响与作用机理,得到一系列溶质原子与空位之间相互作用的规律,所得结果与实验相符。本文完成对晶粒生长的完全预测,具有重要意义,且可为材料研究提供新的重要依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外铝合金的研究现状和发展趋势
• 1.2 铝合金的微合金化研究
• 1.2.1 Al-Cu合金
• 1.2.2 Al-Mg合金
• 1.2.3 Al-Cu-Mg合金
• 1.2.4 铝合金微合金化研究现状
• 1.3 研究方法
• 1.3.1 分子动力学方法
• 1.3.2 量子力学方法
• 1.3.3 蒙特卡罗法（MC）方法
• 1.4 几种模拟的模型
• 1.4.1 扩散聚集模型
• 1.4.2 MC模型
• 1.4.3 分子动力学（MD）模型
• 1.4.4 基于量子力学的从头计算分子动力学模型
• 1.4.5 几种模型的特点及对比
• 1.5 本论文的研究目的、意义与研究内容
• 1.5.1 研究目的、意义
• 1.5.2 研究内容
• 参考文献
• 第二章 计算机模拟方法
• 2.1 原理和建模
• 2.2 推导模拟参数
• 2.3 计算机模拟算法
• 2.4 模拟条件
• 参考文献
• 第三章 Al-Cu-（Si）-（Sc）-（Zr）合金微结构演化过程及时效特性分析
• 3.1 Al-Cu系合金溶质原子分布图
• 3.2 微量元素特性分析
• 3.2.1 微量元素对原子平均尺寸的影响
• 3.2.2 微量元素对溶质原子的概率变化的影响
• 参考文献
• 第四章 Al-Mg-（Si）-（Sc）-（Zr）合金微结构组织演变及时效特性分析
• 4.1 微量原子在铝合金中的分布形态分析
• 4.2 Si、Sc等微合金化元素在铝合金中的作用机理
• 4.2.1 Si原子周围出现其它溶质原子的概率
• 4.2.2 Sc原子周围出现其它溶质原子的概率
• 4.3 微量元素对空位影响
• 4.3.1 微量元素对空位尺寸的影响
• 4.3.2 微量元素影响空位周围溶质原子分布形态分析
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 Al-Cu-Mg-（Si）-（Sc）合金微观组织演变及时效特性分析
• 5.1 Al-Cu-Mg合金
• 5.2 Al-Cu-Mg-Si合金溶质原子与空位分布
• 5.3 Al-Cu-Mg-Sc合金溶质原子与空位分布
• 5.4 Al-Cu-Mg-Si-Sc合金溶质原子与空位分布
• 5.5 合金溶质原子的偏聚概率
• 5.6 结论
• 参考文献
• 第六章 结论
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果