《材料相變過程微觀組織模擬》是2010年3月1日國防工業出版社出版的圖書，作者是趙宇宏。
基本介紹
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書主要介紹了採用相場法對金屬材料沉澱相變和凝固過程中微觀組織的演化進行模擬的理論模型和實際算例。全書共分6章，主要內容包括緒論，相場法在合金沉澱過程中的理論模型及套用，相場法在凝固過程中的理論模型及套用。
本書既可作為材料科學專業研究生的教材，也可作為材料專業科技工作者的參考書。
圖書目錄
材料相變過程微觀組織模擬
第1章 緒論……………………1
1.1 引言……………………1
1.2 沉澱動力學理論……………………1
1.2.1 非勻相轉變……………………1
1.2.2 勻相轉變……………………6
1.2.3 統一理論……………………8
1.2.4 沉澱相形貌……………………9
1.3 沉澱動力學計算機模擬……………………9
1.3.1 材料微結構模擬尺度及方法概述……………………9
1.3.2 蒙特卡洛(MC)方法及對沉澱過程的模擬……………………10
1.3.3 分子動力學方法……………………12
1.3.4 相場法及對沉澱過程的模擬……………………12
1.3.5 二元Ni-Al合金沉澱過程研究進展……………………14
1.3.6 三元合金沉澱過程模擬研究進展……………………15
1.3.7 共格彈性應變能對沉澱過程的影響模擬研究現狀……………………16
1.4 凝固動力學相場法模擬……………………17
1.4.1 熔體凝固過程相場模型的提出……………………17
1.4.2 朗道理論和金茲堡-朗道理論……………………18
1.4.3 凝固界面相場模型……………………21
第2章 合金沉澱過程動力學模型……………………25
2.1 引言……………………25
2.2 模型的基本假設……………………25
2.3 二元體系動力學模型……………………26
2.3.1 微觀相場方程……………………26
2.3.2 微觀Langevin方程……………………26
2.3.3 傅立葉空間中的微觀Langevin方程……………………27
2.3.4 套用到F.c.c晶格……………………27
2.3.5 三維F.c.c晶格的二維投影動力學……………………28
2.3.6 熱起伏的產生……………………29
2.3.7 微擴散方程與連續擴散方程的關係……………………29
2.4 三元體系動力學模型……………………31
2.4.1 三元體系微觀相場擴散方程……………………31
2.4.2 傅立葉空間中的微觀Langevin方程……………………32
2.4.3 平均場自由能……………………32
2.4.4 四近鄰原子間相互作用近似……………………34
2.4.5 投影后的最終動力學方程……………………34
2.5 模型的特點……………………36
2.6 研究對象二元Ni-Al合金……………………37
2.7 研究對象三元Ni75AlxV25-x合金……………………38
2.8 編程思路……………………40
2.9 本章小結……………………40
第3章 二元Ni-Al合金γ′相早期沉澱機制……………………41
3.1 低濃度Ni-Al合金γ′相早期沉澱機制……………………41
3.1.1 引言……………………41
3.1.2 沉澱相γ′(Ni3Al)的有序結構……………………41
3.1.3 模擬結果……………………41
3.1.4 分析與討論……………………48
3.2 高濃度Ni-Al合金γ′相早期沉澱機制……………………52
3.2.1 引言……………………52
3.2.2 模擬結果……………………53
3.2.3 分析與討論……………………57
3.3 中間濃度Ni-Al合金γ′相早期沉澱機制……………………64
3.3.1 引言……………………64
3.3.2 模擬結果……………………64
3.3.3 分析與討論……………………71
3.4 本章小結……………………75
第4章 三元Ni75Al2.5V22.5合金沉澱機制模擬……………………77
4.1 Ⅰ區Ni75Al2.5V22.5合金沉澱機制模擬……………………77
4.1.1 引言……………………77
4.1.2 模擬結果……………………77
4.1.3 分析與討論……………………89
4.2 Ⅱ區Ni75Al2.5V22.5合金沉澱機制模擬……………………93
4.2.1 引言……………………93
4.2.2 模擬結果……………………93
4.2.3 分析與討論……………………103
4.3 Ⅲ區Ni75Al2.5V22.5合金沉澱機制模擬……………………106
4.3.1 引言……………………106
4.3.2 模擬結果……………………106
4.3.3 分析與討論……………………112
4.4 本章小結……………………119
第5章 共格彈性應變能對沉澱相形貌的影響……………………120
5.1 引言……………………120
5.2 微觀彈性力學理論……………………120
5.3 微擴散方程和微觀彈性力學理論的耦合……………………122
5.4 無量綱形式的動力學方程……………………123
5.5 研究對象模型合金簡介……………………124
5.6 模擬結果……………………125
5.6.1 模擬點“a”(C0=12at.%,T*=0.12)合金的沉澱過程……………………125
5.6.2 模擬點“b”(C0=14at.%,T*=0.08)合金的沉澱過程……………………129
5.6.3 模擬點“c”(C0=50at.%,T*=0.08)合金的沉澱過程……………………130
5.7 模擬結果與實驗結果的比較……………………135
5.8 本章小結……………………137
第6章 凝固過程枝晶生長相場法模擬……………………139
6.1 概述……………………139
6.2 相場法數值模型……………………139
6.2.1 界面模型……………………139
6.2.2 相場模型……………………141
6.2.3 純物質相場模型……………………142
6.2.4 單相二元合金的相場模型……………………143
6.2.5 各向異性模型……………………144
6.2.6 噪聲……………………147
6.3 相場模型的數值計算……………………147
6.3.1 初始條件和邊界條件……………………147
6.3.2 空間離散……………………148
6.3.3 時間離散……………………149
6.3.4 差分方程的穩定性條件……………………151
6.3.5 程式流程圖……………………152
6.4 鋁合金枝晶生長模擬結果和分析……………………153
6.4.1 不加噪聲的枝晶形貌……………………153
6.4.2 加噪聲的枝晶形貌……………………155
6.4.3 初始晶核半徑對枝晶生長的影響……………………155
6.4.4 空間步長對枝晶尖端半徑和枝晶尖端生長速度的影響……………………156
6.4.5 各向異性係數對枝晶生長的影響……………………158
6.4.6 過冷度對枝晶生長的影響……………………160
6.5 巨觀微觀模擬相耦合方法的研究……………………162
6.5.1 宏微觀耦合的插值方法……………………162
6.5.2 宏微觀耦合模擬計算數值穩定性……………………164
6.6 本章小結……………………164
參考文獻……………………166
第1章 緒論……………………1
1.1 引言……………………1
1.2 沉澱動力學理論……………………1
1.2.1 非勻相轉變……………………1
1.2.2 勻相轉變……………………6
1.2.3 統一理論……………………8
1.2.4 沉澱相形貌……………………9
1.3 沉澱動力學計算機模擬……………………9
1.3.1 材料微結構模擬尺度及方法概述……………………9
1.3.2 蒙特卡洛(MC)方法及對沉澱過程的模擬……………………10
1.3.3 分子動力學方法……………………12
1.3.4 相場法及對沉澱過程的模擬……………………12
1.3.5 二元Ni-Al合金沉澱過程研究進展……………………14
1.3.6 三元合金沉澱過程模擬研究進展……………………15
1.3.7 共格彈性應變能對沉澱過程的影響模擬研究現狀……………………16
1.4 凝固動力學相場法模擬……………………17
1.4.1 熔體凝固過程相場模型的提出……………………17
1.4.2 朗道理論和金茲堡-朗道理論……………………18
1.4.3 凝固界面相場模型……………………21
第2章 合金沉澱過程動力學模型……………………25
2.1 引言……………………25
2.2 模型的基本假設……………………25
2.3 二元體系動力學模型……………………26
2.3.1 微觀相場方程……………………26
2.3.2 微觀Langevin方程……………………26
2.3.3 傅立葉空間中的微觀Langevin方程……………………27
2.3.4 套用到F.c.c晶格……………………27
2.3.5 三維F.c.c晶格的二維投影動力學……………………28
2.3.6 熱起伏的產生……………………29
2.3.7 微擴散方程與連續擴散方程的關係……………………29
2.4 三元體系動力學模型……………………31
2.4.1 三元體系微觀相場擴散方程……………………31
2.4.2 傅立葉空間中的微觀Langevin方程……………………32
2.4.3 平均場自由能……………………32
2.4.4 四近鄰原子間相互作用近似……………………34
2.4.5 投影后的最終動力學方程……………………34
2.5 模型的特點……………………36
2.6 研究對象二元Ni-Al合金……………………37
2.7 研究對象三元Ni75AlxV25-x合金……………………38
2.8 編程思路……………………40
2.9 本章小結……………………40
第3章 二元Ni-Al合金γ′相早期沉澱機制……………………41
3.1 低濃度Ni-Al合金γ′相早期沉澱機制……………………41
3.1.1 引言……………………41
3.1.2 沉澱相γ′(Ni3Al)的有序結構……………………41
3.1.3 模擬結果……………………41
3.1.4 分析與討論……………………48
3.2 高濃度Ni-Al合金γ′相早期沉澱機制……………………52
3.2.1 引言……………………52
3.2.2 模擬結果……………………53
3.2.3 分析與討論……………………57
3.3 中間濃度Ni-Al合金γ′相早期沉澱機制……………………64
3.3.1 引言……………………64
3.3.2 模擬結果……………………64
3.3.3 分析與討論……………………71
3.4 本章小結……………………75
第4章 三元Ni75Al2.5V22.5合金沉澱機制模擬……………………77
4.1 Ⅰ區Ni75Al2.5V22.5合金沉澱機制模擬……………………77
4.1.1 引言……………………77
4.1.2 模擬結果……………………77
4.1.3 分析與討論……………………89
4.2 Ⅱ區Ni75Al2.5V22.5合金沉澱機制模擬……………………93
4.2.1 引言……………………93
4.2.2 模擬結果……………………93
4.2.3 分析與討論……………………103
4.3 Ⅲ區Ni75Al2.5V22.5合金沉澱機制模擬……………………106
4.3.1 引言……………………106
4.3.2 模擬結果……………………106
4.3.3 分析與討論……………………112
4.4 本章小結……………………119
第5章 共格彈性應變能對沉澱相形貌的影響……………………120
5.1 引言……………………120
5.2 微觀彈性力學理論……………………120
5.3 微擴散方程和微觀彈性力學理論的耦合……………………122
5.4 無量綱形式的動力學方程……………………123
5.5 研究對象模型合金簡介……………………124
5.6 模擬結果……………………125
5.6.1 模擬點“a”(C0=12at.%,T*=0.12)合金的沉澱過程……………………125
5.6.2 模擬點“b”(C0=14at.%,T*=0.08)合金的沉澱過程……………………129
5.6.3 模擬點“c”(C0=50at.%,T*=0.08)合金的沉澱過程……………………130
5.7 模擬結果與實驗結果的比較……………………135
5.8 本章小結……………………137
第6章 凝固過程枝晶生長相場法模擬……………………139
6.1 概述……………………139
6.2 相場法數值模型……………………139
6.2.1 界面模型……………………139
6.2.2 相場模型……………………141
6.2.3 純物質相場模型……………………142
6.2.4 單相二元合金的相場模型……………………143
6.2.5 各向異性模型……………………144
6.2.6 噪聲……………………147
6.3 相場模型的數值計算……………………147
6.3.1 初始條件和邊界條件……………………147
6.3.2 空間離散……………………148
6.3.3 時間離散……………………149
6.3.4 差分方程的穩定性條件……………………151
6.3.5 程式流程圖……………………152
6.4 鋁合金枝晶生長模擬結果和分析……………………153
6.4.1 不加噪聲的枝晶形貌……………………153
6.4.2 加噪聲的枝晶形貌……………………155
6.4.3 初始晶核半徑對枝晶生長的影響……………………155
6.4.4 空間步長對枝晶尖端半徑和枝晶尖端生長速度的影響……………………156
6.4.5 各向異性係數對枝晶生長的影響……………………158
6.4.6 過冷度對枝晶生長的影響……………………160
6.5 巨觀微觀模擬相耦合方法的研究……………………162
6.5.1 宏微觀耦合的插值方法……………………162
6.5.2 宏微觀耦合模擬計算數值穩定性……………………164
6.6 本章小結……………………164
參考文獻……………………166
