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凝固过程晶粒生长动力学及拓扑转变机制的相场研究

卢艳丽 , 陈铮 , 王永欣 , 杨晗 , 王永彪

稀有金属材料与工程

基于连续相场动力学模型,研究了凝固过程形核、长大及粗化阶段的组织形貌演化,动力学转变,以及粗化过程拓扑转变,分析了形核与长大过程的关系.研究结果表明,形核长大过程中,晶粒体积分数逐渐增大至平衡值,总表面积先增大后减小,体积自由能是形核的驱动力,表面能是形核的阻力.形核伴随着长大,两者是相互重叠相互竞争的两个过程.晶粒生长过程中,边数大于六的晶粒持续长大,而边数少于六的晶粒不断缩小.小晶粒消失机制有:临近切换机制;三边、四边及五边晶粒直接消失机制;四边交叉点分离并最终导致小晶粒消失机制;晶界直接消失机制.模拟结果与实验结果符合较好.

关键词: 多晶材料 , 凝固过程 , 形核长大 , 拓扑转变 , 连续相场

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