基于晶粒长大的理论模型, 结合曲率机制与概率性转变规则, 建立了晶界迁移率与晶界能各向异性条件下的二维元胞自动机模型, 利用该模型对晶粒等温条件下的生长过程进行了模拟, 分析了晶粒长大的组织演变与动力学特征、晶粒尺寸和晶粒边数的分布, 对比了晶界迁移率各向异性、晶界能各向异性对晶粒生长的影响。结果表明:晶界迁移率与晶界能各向异性条件下晶粒形态演变遵循晶粒正常长大的规律, 相对晶粒尺寸偏离正态分布, 晶粒边数分布不具有时间不变性特点, 小角度取向差三叉晶界平衡角偏离120°; 与各向同性相比, 晶界迁移率与晶界能各向异性条件下晶粒的生长速率明显减慢, 单独考虑晶界迁移率各向异性对晶粒生长的影响不大, 晶界能各向异性对晶粒生长的影响大于晶界迁移率各向异性的影响; 模拟结果符合晶粒生长动力学理论和相关文献的结论。
所属栏目
物理模拟与数值模拟南京航空航天大学青年科技创新基金资助项目(NS2010149)
收稿日期
2011/6/292012/4/20
作者单位
李旭:南京航空航天大学机电学院, 南京 210016
周清:南京航空航天大学机电学院, 南京 210016
陈明和:南京航空航天大学机电学院, 南京 210016
王小芳:南京航空航天大学机电学院, 南京 210016
备注
李旭(1985-), 男, 湖北荆州人, 硕士研究生。
引用该论文:
LI Xu,ZHOU Qing,CHEN Ming-he,WANG Xiao-fang.Cellular Automata Simulation for Grain Growth Based on Anisotropic Grain Boundary Mobility and Grain Boundary Energy[J].Materials for mechancial engineering,2012,36(7):82～87
李旭,周清,陈明和,王小芳.基于晶界迁移率与晶界能各向异性的晶粒生长元胞自动机模拟[J].机械工程材料,2012,36(7):82～87
被引情况:
【1】
李声慈,朱国明,康永林,吕超, "基于热激活理论和曲率驱动机制的晶粒长大元胞自动机模拟",机械工程材料
38, 103-108(2014)
参考文献
【1】
BASTIEN C, MICHEL D. 物理系统的元胞自动机模拟[M].祝玉学, 赵学龙, 译.北京:清华大学出版社, 2003.
【2】
RAABE D.计算材料学[M].项金钟, 吴兴惠, 译.北京:化学工业出版社, 2002.
【3】
LIU Y, BAUDIN T, PENELLER R. Simulation of normal grain growth by cellular automata[J].Scripta Materialia, 1996, 34(11):1679-1683.
【4】
GERGER J, ROOSZ A, BARKOCZY P. Simulation of grain coarsening in two dimensions by cellular-automaton[J].Acta Materialia, 2001, 49:623-629.
【5】
HE Y Z, DING H L, LIU L F, et al. Computer simulation of 2D grain growth using a cellular automata model based on the lowest energy principle[J].Materials Science and Engineering A, 2006, 429(1/2):236-246.
【6】
DING H L, HE Y Z, LIU L F, et al. Cellular automata simulation of grain growth in three dimensions based on the lowest energy principle[J].Cryst Growth, 2006, 293(2):489-497.
【7】
花福安, 杨院生, 郭大勇, 等.基于曲率驱动机制的晶粒生长元胞自动机模型[J].金属学报, 2004, 40(11):1210-1214.
【8】
LAN Y J, LI D Z, LI Y Y. A mesoscale cellular automaton model for curvature driven grain growth[J].Metall Mater Trans B, 2006, 37:119-129.
【9】
JANSSENS K G F. An introductory review of cellular automata modeling of moving grain boundaries in polycrystalline materials[J].Maths Comput Simul, 2010, 80:1361-1381.
【10】
RAGHAVAN S, SAHAY S. Modeling the grain growth kinetics by cellular automaton [J].Materials Science and Engineering A, 2007, 445/446:203-209.
【11】
RAGHAVAN S, SAHAY S. Modeling the topological features during grain growth by cellular automaton[J] .Comput Mater Sci, 2009, 46: 92-99.
【12】
毛卫民, 赵新兵.金属的再结晶和晶粒长大[M].北京:冶金工业出版社, 1994.
【13】
HILLERT M. On the theory of normal and abnormal grain growth[J].Acta Metall, 1965, 13(3):227-238.
【14】
CHUN Y B, SEMIATIN SL, HWANG S K. Monte Carlo modeling of microstructure evolution during the static recrystallization of cold-rolled, commercial-purity titanium[J].Acta Materialia, 2006, 54:3673-3689.
【15】
READ W T, SHOCKLEY W.Dislocation models of crystal grain boundaries[J].Phys Rev, 1950, 78:275-289.
【16】
KIM Y J, HWANG S K, KIM M H, et al. A three-dimensional Monte-Carlo simulation of grain growth using triangular lattice[J].Materials Science and Engineering A, 2005, 408:110-120.
【17】
GIL F J, PLANELL J A. Behavior of normal grain growth kinetics in single phase titanium and titanium alloys[J].Materials Science and Engineering A, 2000, 283:17-24.
