基于相场方法的Zr-Nb-Ti合金调幅微结构演化研究
发布时间：2023-06-03 10:47
锆及锆合金具有较低的弹性模量,良好的生物相容性,优异的耐蚀性以及低的磁化系数等优异的性能,在生物移植材料领域具有广阔的应用前景。已有研究发现Zr-Nb二元合金和Zr-Nb-Ti三元合金体系中存在有较大的混溶间隙,这为设计具有调幅分解的Zr-Nb和Zr-Nb-Ti合金提供了可能。因此,本文以Zr-Nb合金和Zr-Nb-Ti合金作为研究对象,利用相场方法研究这两种合金调幅分解机制和显微组织的演化过程。首先构建了Zr-Nb二元合金和Zr-Nb-Ti三元合金调幅分解相场模型,并对相场模型进行了热力学分析;然后,利用相场方法对Zr-Nb合金简单调幅分解过程(忽略弹性应变能)和调幅分解过程进行了模拟,并研究了合金成分、时效温度和外加应变对调幅分解过程的影响;在此基础上,对Zr-Nb-Ti三元合金系的调幅分解过程进行了相场模拟,研究了合金成分和时效温度对调幅分解过程的影响。主要研究内容与结果如下:(1)构建了Zr-Nb合金和Zr-Nb-Ti合金调幅分解相场模型。研究结果表明,通过对相场模型的热力学分析可以发现,模型的热力学曲线呈现双井型,满足调幅分解发生的热力学条件。(2)利用相场方法对Zr-Nb二...
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 Zr-Nb基合金的特点及应用
1.2.1 生物可植入硬组织材料
1.2.2 Zr-Nb合金相图及晶体结构
1.2.3 Zr-Nb-Ti合金相图及晶体结构
1.3 调幅分解
1.3.1 调幅分解的定义
1.3.2 调幅分解发展历史
1.3.3 相图中的可混溶间隙和调幅区域
1.3.4 调幅分解的热力学
1.3.5 调幅分解的动力学
1.3.6 调幅强化
1.4 相场方法及在调幅分解组织模拟中的应用
1.4.1 相场方法的发展历史
1.4.2 相场方法
1.4.3 相场方法的求解
1.4.4 相场方法与调幅分解相变动力学过程模拟的应用
1.5 本文研究目的和主要内容
第2章 调幅分解相场动力学模型
2.1 引言
2.2 相场模型中的相变驱动力
2.2.1 总自由能
2.2.2 体自由能
2.2.3 梯度能
2.2.4 弹性应变能
2.2.5 外场能
2.3 演化方程和数值解
2.3.1 Cahn-Hilliard方程
2.3.2 力学平衡方程
2.3.3 有限元弱形式的推导
2.4 本章小结
第3章 Zr-Nb合金简单调幅分解过程的模拟
3.1 引言
3.2 Zr-Nb合金简单调幅分解相场模型
3.2.1 Cahn-Hilliard方程
3.2.2 有限元弱形式的推导
3.2.3 计算条件
3.2.4 热力学分析
3.3 Nb含量对Zr-Nb合金简单调幅分解过程的影响
3.3.1 调幅分解组织形貌
3.3.2 振幅与波长
3.3.3 体积分数
3.4 时效温度对Zr-50Nb合金简单调幅分解过程的影响
3.4.1 调幅分解组织形貌
3.4.2 振幅与波长
3.4.3 体积分数
3.5 本章小结
第4章 弹性能作用下的Zr-Nb合金调幅分解过程的模拟
4.1 引言
4.2 Zr-Nb合金调幅分解相场模型
4.2.1 Cahn-Hilliard方程
4.2.2 力学平衡方程
4.2.3 有限元弱形式的推导
4.2.4 计算条件
4.2.5 热力学分析
4.3 Nb含量对Zr-Nb合金调幅分解过程的影响
4.3.1 调幅分解组织形貌
4.3.2 振幅与波长
4.3.3 体积分数
4.4 时效温度对Zr-50Nb合金调幅分解过程的影响
4.4.1 调幅分解组织形貌
4.4.2 振幅与波长
4.4.3 体积分数
4.5 外加应变对Zr-50Nb合金调幅分解过程的影响
4.5.1 调幅分解组织形貌
4.5.2 振幅与波长
4.5.3 体积分数
4.6 本章小结
第5章 Zr-Nb-Ti合金简单调幅分解过程的模拟
5.1 引言
5.2 Zr-Nb-Ti合金简单调幅分解相场模型
5.2.1 Cahn-Hilliard方程
5.2.2 力学平衡方程
5.2.3 有限元弱形式的推导
5.2.4 计算条件
5.2.5 热力学分析
5.3 Ti含量对Zr-Nb-Ti合金调幅分解过程的影响
5.3.1 调幅组织形貌
5.3.2 振幅与波长
5.4 时效温度对Zr-Ti-Nb合金调幅分解过程的影响
5.4.1 调幅组织形貌
5.4.2 振幅与波长
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
学术成果
本文编号：3829189
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 Zr-Nb基合金的特点及应用
1.2.1 生物可植入硬组织材料
1.2.2 Zr-Nb合金相图及晶体结构
1.2.3 Zr-Nb-Ti合金相图及晶体结构
1.3 调幅分解
1.3.1 调幅分解的定义
1.3.2 调幅分解发展历史
1.3.3 相图中的可混溶间隙和调幅区域
1.3.4 调幅分解的热力学
1.3.5 调幅分解的动力学
1.3.6 调幅强化
1.4 相场方法及在调幅分解组织模拟中的应用
1.4.1 相场方法的发展历史
1.4.2 相场方法
1.4.3 相场方法的求解
1.4.4 相场方法与调幅分解相变动力学过程模拟的应用
1.5 本文研究目的和主要内容
第2章 调幅分解相场动力学模型
2.1 引言
2.2 相场模型中的相变驱动力
2.2.1 总自由能
2.2.2 体自由能
2.2.3 梯度能
2.2.4 弹性应变能
2.2.5 外场能
2.3 演化方程和数值解
2.3.1 Cahn-Hilliard方程
2.3.2 力学平衡方程
2.3.3 有限元弱形式的推导
2.4 本章小结
第3章 Zr-Nb合金简单调幅分解过程的模拟
3.1 引言
3.2 Zr-Nb合金简单调幅分解相场模型
3.2.1 Cahn-Hilliard方程
3.2.2 有限元弱形式的推导
3.2.3 计算条件
3.2.4 热力学分析
3.3 Nb含量对Zr-Nb合金简单调幅分解过程的影响
3.3.1 调幅分解组织形貌
3.3.2 振幅与波长
3.3.3 体积分数
3.4 时效温度对Zr-50Nb合金简单调幅分解过程的影响
3.4.1 调幅分解组织形貌
3.4.2 振幅与波长
3.4.3 体积分数
3.5 本章小结
第4章 弹性能作用下的Zr-Nb合金调幅分解过程的模拟
4.1 引言
4.2 Zr-Nb合金调幅分解相场模型
4.2.1 Cahn-Hilliard方程
4.2.2 力学平衡方程
4.2.3 有限元弱形式的推导
4.2.4 计算条件
4.2.5 热力学分析
4.3 Nb含量对Zr-Nb合金调幅分解过程的影响
4.3.1 调幅分解组织形貌
4.3.2 振幅与波长
4.3.3 体积分数
4.4 时效温度对Zr-50Nb合金调幅分解过程的影响
4.4.1 调幅分解组织形貌
4.4.2 振幅与波长
4.4.3 体积分数
4.5 外加应变对Zr-50Nb合金调幅分解过程的影响
4.5.1 调幅分解组织形貌
4.5.2 振幅与波长
4.5.3 体积分数
4.6 本章小结
第5章 Zr-Nb-Ti合金简单调幅分解过程的模拟
5.1 引言
5.2 Zr-Nb-Ti合金简单调幅分解相场模型
5.2.1 Cahn-Hilliard方程
5.2.2 力学平衡方程
5.2.3 有限元弱形式的推导
5.2.4 计算条件
5.2.5 热力学分析
5.3 Ti含量对Zr-Nb-Ti合金调幅分解过程的影响
5.3.1 调幅组织形貌
5.3.2 振幅与波长
5.4 时效温度对Zr-Ti-Nb合金调幅分解过程的影响
5.4.1 调幅组织形貌
5.4.2 振幅与波长
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
学术成果
本文编号：3829189
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