定向凝固双晶竞争生长的过程及机制
发布时间：2021-01-12 10:11
如何精确控制定向凝固过程中的晶粒竞争生长是先进单晶（定向）材料制备的共性和关键问题。但当前以Walton-Chalmers模型为代表的传统晶粒竞争生长理论不仅无法为完满解决这一问题提供足够的理论支撑,而且受到了众多实验结果的挑战。本文结合相场法及透明合金原位实验,通过对定向凝固双晶竞争生长过程中组织演化及溶质输运的数值模拟和实时观测,系统研究了不同生长方式、生长维度及晶体取向下的枝晶生长、晶界演化及晶粒淘汰现象,阐明了不同条件下定向凝固晶粒竞争生长的规律及机制,修正了二维双晶晶界取向选择模型。具体研究内容和主要结论如下:（1）针对可描述不同取向多晶竞争生长的定量相场模型,开发了结合图形处理单元（GPU）CUDA算法与中央处理器（CPU）MPI算法的求解代码,实现了基于多GPU并行的大尺度模拟,相对于传统CPU计算,计算效率得到大幅提高。制备了具有特定发散取向关系的透明合金双晶试样,考察了双晶试样定向凝固过程中侧向分枝产生行为及晶界演化规律,并通过实验结果与相场模拟结果的对比分析,检验了相场模拟的可靠性。（2）研究了定向凝固枝晶分枝演化行为及调控规律。发现晶界处枝晶主干的侧向分枝以波包形...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
二维定向凝固双晶竞争生长构型示意图：(a1)-(a3)汇聚双晶构型；(b1)-(b3)发散双晶构型FOgrainUOgrainFOgrainUOgrainFOgrainUOgrainθFOθUO=0θFOθUO<0θFOθUO>0
图 1-3 Walton-Charmers 模型示意图[41].1-3 Schematic illustration of Walton-Charmers mo模型可具体描述如下：图 1-3 中择优取向晶，而非择优取向晶粒 B 中枝晶则沿着偏离择优取向晶粒 B 的晶界处，两晶粒枝晶尖择优取向晶粒 A2 与非择优取向晶粒 B 的离，即发散生长。当定向凝固过程达到稳的枝晶在沿热流方向应具有相同的生长速晶而言，其尖端生长速度即为竖直方向上速度仅是其尖端生长速度的一个分量，因于择优取向枝晶的尖端生长速度，因此非意味着非择优枝晶尖端位置更加靠后。所以的枝晶尖端位置一直落后于择优取向晶粒的非择优取向枝晶不断地被择优取向枝晶
定向凝固汇聚双晶竞争生长中的反常淘汰现象：(a)高温合金[54]overgrowth in bi-crystal converging growth during directional solidifisystems: (a) superalloy[54]; (b) transparent alloy[59]聚生长条件下，枝晶的侧向分枝可以绕一次臂主干旋转位角，三维条件下的晶粒竞争生长过程需要同时考虑枝枝的生长方位角。在三维实验观测[60, 62]中，研究者发现对汇聚竞争生长具有显著影响。Liu[60]等发现当择优取向(择优枝晶和非择优枝晶的侧向分枝均无旋转)，择优取向反常淘汰不能发生；而当择优取向枝晶的侧向分枝绕枝时，非择优取向晶粒将淘汰择优取向晶粒，即发生反常淘双晶竞争生长中反常淘汰的影响因素，通过分析侧向分长的影响发现，不管择优取向枝晶的侧向分枝是否绕枝能够发生，且当择优取向枝晶的侧向分枝绕一次枝晶臂易发生反常淘汰。以上两个研究结果均表明，在汇聚双
【参考文献】：
期刊论文
[1]镍基高温合金定向凝固过程中的汇聚型双晶竞争生长[J]. 胡松松,刘林,崔强伟,黄太文,张军,傅恒志. 金属学报. 2016(08)
[2]单晶高温合金螺旋选晶过程的数值模拟与实验研究 Ⅱ.螺旋段[J]. 张航,许庆彦,孙长波,戚翔,唐宁,柳百成. 金属学报. 2013(12)
[3]单晶高温合金螺旋选晶过程的数值模拟与实验研究 Ⅰ.引晶段[J]. 张航,许庆彦,孙长波,戚翔,唐宁,柳百成. 金属学报. 2013(12)
[4]定向凝固发散双晶的竞争生长研究[J]. 宇红雷,林鑫,李俊杰,王理林,黄卫东. 金属学报. 2013(01)
[5]镍基单晶高温合金杂晶形成倾向性的研究[J]. 张小丽,周亦胄,金涛,孙晓峰. 金属学报. 2012(10)
[6]定向倾斜枝晶生长规律及竞争行为的相场法研究[J]. 王雅琴,王锦程,李俊杰. 物理学报. 2012(11)
[7]镍基单晶高温合金DD3制备过程中晶粒演化和选晶行为的EBsD研究[J]. 高斯峰,刘林,王柠,赵新宝,张军,傅恒志. 金属学报. 2011(10)
[8]镍基双晶高温合金定向凝固过程中的竞争生长[J]. 卢琦,李金国,金涛,周亦胄,孙晓峰,胡壮麒. 金属学报. 2011(06)
[9]基于CUDA的高速FFT计算[J]. 赵丽丽,张盛兵,张萌,姚涛. 计算机应用研究. 2011(04)
[10]单晶高温合金定向凝固过程中杂晶的竞争淘汰机制(英文)[J]. 赵新宝,刘林,张卫国,屈敏,张军,傅恒志. 稀有金属材料与工程. 2011(01)
硕士论文
[1]CUDA平台下的复杂疾病全基因组基因-基因相互作用研究[D]. 胡晓菡.上海交通大学 2010
本文编号：2972667
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
二维定向凝固双晶竞争生长构型示意图：(a1)-(a3)汇聚双晶构型；(b1)-(b3)发散双晶构型FOgrainUOgrainFOgrainUOgrainFOgrainUOgrainθFOθUO=0θFOθUO<0θFOθUO>0
图 1-3 Walton-Charmers 模型示意图[41].1-3 Schematic illustration of Walton-Charmers mo模型可具体描述如下：图 1-3 中择优取向晶，而非择优取向晶粒 B 中枝晶则沿着偏离择优取向晶粒 B 的晶界处，两晶粒枝晶尖择优取向晶粒 A2 与非择优取向晶粒 B 的离，即发散生长。当定向凝固过程达到稳的枝晶在沿热流方向应具有相同的生长速晶而言，其尖端生长速度即为竖直方向上速度仅是其尖端生长速度的一个分量，因于择优取向枝晶的尖端生长速度，因此非意味着非择优枝晶尖端位置更加靠后。所以的枝晶尖端位置一直落后于择优取向晶粒的非择优取向枝晶不断地被择优取向枝晶
定向凝固汇聚双晶竞争生长中的反常淘汰现象：(a)高温合金[54]overgrowth in bi-crystal converging growth during directional solidifisystems: (a) superalloy[54]; (b) transparent alloy[59]聚生长条件下，枝晶的侧向分枝可以绕一次臂主干旋转位角，三维条件下的晶粒竞争生长过程需要同时考虑枝枝的生长方位角。在三维实验观测[60, 62]中，研究者发现对汇聚竞争生长具有显著影响。Liu[60]等发现当择优取向(择优枝晶和非择优枝晶的侧向分枝均无旋转)，择优取向反常淘汰不能发生；而当择优取向枝晶的侧向分枝绕枝时，非择优取向晶粒将淘汰择优取向晶粒，即发生反常淘双晶竞争生长中反常淘汰的影响因素，通过分析侧向分长的影响发现，不管择优取向枝晶的侧向分枝是否绕枝能够发生，且当择优取向枝晶的侧向分枝绕一次枝晶臂易发生反常淘汰。以上两个研究结果均表明，在汇聚双
【参考文献】：
期刊论文
[1]镍基高温合金定向凝固过程中的汇聚型双晶竞争生长[J]. 胡松松,刘林,崔强伟,黄太文,张军,傅恒志. 金属学报. 2016(08)
[2]单晶高温合金螺旋选晶过程的数值模拟与实验研究 Ⅱ.螺旋段[J]. 张航,许庆彦,孙长波,戚翔,唐宁,柳百成. 金属学报. 2013(12)
[3]单晶高温合金螺旋选晶过程的数值模拟与实验研究 Ⅰ.引晶段[J]. 张航,许庆彦,孙长波,戚翔,唐宁,柳百成. 金属学报. 2013(12)
[4]定向凝固发散双晶的竞争生长研究[J]. 宇红雷,林鑫,李俊杰,王理林,黄卫东. 金属学报. 2013(01)
[5]镍基单晶高温合金杂晶形成倾向性的研究[J]. 张小丽,周亦胄,金涛,孙晓峰. 金属学报. 2012(10)
[6]定向倾斜枝晶生长规律及竞争行为的相场法研究[J]. 王雅琴,王锦程,李俊杰. 物理学报. 2012(11)
[7]镍基单晶高温合金DD3制备过程中晶粒演化和选晶行为的EBsD研究[J]. 高斯峰,刘林,王柠,赵新宝,张军,傅恒志. 金属学报. 2011(10)
[8]镍基双晶高温合金定向凝固过程中的竞争生长[J]. 卢琦,李金国,金涛,周亦胄,孙晓峰,胡壮麒. 金属学报. 2011(06)
[9]基于CUDA的高速FFT计算[J]. 赵丽丽,张盛兵,张萌,姚涛. 计算机应用研究. 2011(04)
[10]单晶高温合金定向凝固过程中杂晶的竞争淘汰机制(英文)[J]. 赵新宝,刘林,张卫国,屈敏,张军,傅恒志. 稀有金属材料与工程. 2011(01)
硕士论文
[1]CUDA平台下的复杂疾病全基因组基因-基因相互作用研究[D]. 胡晓菡.上海交通大学 2010
本文编号：2972667
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/2972667.html
教材专著
