Al 2 O 3 /SiC陶瓷刀具材料微观组织演变的模拟

发布时间：2022-02-20 03:20

　　陶瓷材料具有优异的硬度、耐磨性和化学稳定性,现已广泛地应用于制造业领域,但其较低的强度和韧度,不仅影响了刀具的使用可靠性,而且缩小了其应用范围。陶瓷材料的微观结构对力学性能的影响最大,因此有必要对其微观结构的演变进行模拟和优化,为提高最终的力学性能提供理论依据。本文通过分析晶粒生长过程的机理,从晶粒的生长跃迁概率、再取向尝试、生长速度的控制和边界条件的选择等方面建立了新的Monte Carlo Potts点阵模型和能量模型。通过分析Monte Carlo标准和改进算法,开发H-L Monte Carlo新算法,该算法先对当前晶格是否处于边界进行判断,对处于边界上并且转换后使总能量降幅最大的取向进行重新取向尝试,通过减少计算周期,加快了模拟速度。利用MATLAB软件编写程序来实现微观结构演变过程的模拟。基于H-L Monte Carlo算法建立两相陶瓷微观结构演变的Monte Carlo Potts模型,并研究第二相的含量、尺寸和晶界能之比对微观结构的影响。模拟表明,第二相对基体相具有较强的钉扎作用,阻碍基体的生长,抑制晶粒的异常粗大。第二相尺寸越小,含量越多,对晶界的钉扎能力越强,阻碍... 

【文章来源】：河北工业大学天津市211工程院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 陶瓷刀具材料研究现状
    1.2 纳米复相陶瓷材料的研究现状
    1.3 材料微观组织演化的计算机模拟方法
        1.3.1 分子动力学法
        1.3.2 元胞自动机法
        1.3.3 蒙特卡罗法
        1.3.4 相场法
        1.3.5 有限元法和有限差分法
        1.3.6 微观组织模拟方法的比较
    1.4 陶瓷刀具材料模拟中存在的问题
    1.5 本课题的研究目的及研究内容
        1.5.1 课题的目的及意义
        1.5.2 课题的主要研究内容
第二章 陶瓷刀具材料的晶粒生长
    2.1 晶粒长大的驱动力
    2.2 晶界迁移速率
    2.3 正常晶粒生长
    2.4 异常晶粒生长
    2.5 晶粒生长的影响因素
    2.6 本章小结
第三章 蒙特卡罗波茨模型及模拟算法
    3.1 蒙特卡罗波茨模型
        3.1.1 晶格点阵模型的建立
        3.1.2 系统能量模型的建立
        3.1.3 晶粒生长的跃迁概率
    3.2 晶粒生长速度的控制
    3.3 边界条件的选择
    3.4 Monte Carlo Potts模型的模拟算法
        3.4.1 已有的Monte Carlo模拟算法
        3.4.2 改进的Monte Carlo模拟算法
    3.5 Monte Carlo Potts模型参数对模拟结果的影响
        3.5.1 晶粒取向数的影响
        3.5.2 晶格点阵尺度的影响
        3.5.3 蒙特卡罗步的影响
    3.6 微观结构演变模拟的技术支持
    3.7 本章小结
第四章 烧结过程中陶瓷刀具材料微观结构演变的模拟
    4.1 两相陶瓷刀具材料微观组织演变模拟方法
        4.1.1 两相陶瓷刀具材料模拟模型的建立
        4.1.2 模拟算法
        4.1.3 模拟程序流程图
    4.2 烧结过程中两相陶瓷材料的模拟
        4.2.1 模拟参数的设定
        4.2.2 第二相含量对微观结构的影响
        4.2.3 第二相尺寸对微观结构的影响
        4.2.4 晶界能比值对微观结构的影响
    4.3 第二相对晶粒生长的阻碍作用机理分析
    4.4 烧结参数对微观结构演变的影响
        4.4.1 烧结温度对微观结构的影响
        4.4.2 烧结压力对微观结构的影响
        4.4.3 保温时间对微观结构的影响
    4.5 本章小结
第五章 氧化铝基复合陶瓷刀具微观组织结构实验研究
    5.1 实验参数设置
    5.2 Al_2O_3基两相陶瓷刀具材料的烧结实验
        5.2.1 陶瓷混合粉料的制备
        5.2.2 热压烧结过程
    5.3 Al_2O_3基两相陶瓷刀具材料的力学性能实验
        5.3.1 抗弯强度
        5.3.2 维氏硬度
        5.3.3 断裂韧性
    5.4 Al_2O_3基两相陶瓷刀具材料烧结实验结果对比分析
        5.4.1 第二相含量对陶瓷材料的影响
        5.4.2 第二相尺寸对陶瓷材料的影响
        5.4.3 烧结温度对陶瓷材料的影响
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于宏微观耦合三维模型的铝合金凝固模拟[J]. 许林,郭洪民.  特种铸造及有色合金. 2011(04)
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[5]材料微观组织演变的蒙特卡洛仿真原理及应用[J]. 方斌,黄传真,许崇海,刘增文,王景海.  材料导报. 2007(02)
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[8]基于元胞自动机法的晶粒长大模拟[J]. 焦宪友,关小军,刘运腾,关宇昕,张继祥,申孝民,麻晓飞.  山东大学学报(工学版). 2005(06)
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博士论文
[1]二相粒子材料再结晶退火的元胞自动机模型及其模拟研究[D]. 麻晓飞.山东大学 2008
[2]烧结过程中陶瓷刀具材料微观组织结构演变模拟研究[D]. 方斌.山东大学 2007
[3]新型硼化钛基复合陶瓷刀具及切削性能研究[D]. 谷美林.山东大学 2007
[4]新型自增韧氮化硅基纳米复合陶瓷刀具及性能研究[D]. 邹斌.山东大学 2006

硕士论文
[1]纳米陶瓷刀具材料微观组织模拟研究[D]. 张明涛.山东大学 2009



本文编号：3634210