冷速对液态Ti3Al合金快速凝固过程中微观结构变化的影响.pdf

冷速对液态T3AI合金怏速凝固过程中微观结构变化的影响
秦云翔,谢泉,高廷红2,闫万珺,郭笑天,范梦慧
(1.责州大学材料与治金工程学院,责州责阳53005:2.贵州大学理学院,贵州贵阳550025)
摘要:采用分子动力学方法模拟研究了不同冷速条件下液态T3A合金的凝固过程。采用对相关函数法、原
子团类型指数法(CTM)对凝固过程中团簇结构的变化进行了分析。结果表明:在以1×102K/s,1x10K
s,1×10K/s三种不同冷速条件下,系统都形成了以(120120)基本原子国为主的非晶态结构,冷速对于
i3合金凝固过程微观结构的影响主要是通过(120120)基本原子团数目变化体现出来,(120120)基本
原子团在T、A合金快速凝固过程团簇结构演变中起了主要作用。冷速越低,T2A合金的玻璃态转化温度
越低,体统形成的(120120)基本原子团数目越多,非晶体的结构越稳定。
关键词:液态T3A合金凝固过程原子团类型指数法团簇结构
中图分类号:0469文献标识码:A文章编号:1002-6886(2013)01-0080-04
The Effect of Cooling Rate on the Microstructure Change During Rapid Solidification of Liquid Ti, Al Alloy
QIN Yunxiang, XIE Quan, GAO Tinghong, YAN Wanjun, GUO Xiaotian, FAN Menghui
Abstract: A simulation study has been performed for the solidification of liquid Ti, Al alloy at different cooling rate
by molecular dynamics method. The pair distribution function g(r)curves and the cluster-type index method were used to
analyze the changes of clusters structures during rapid solidification processes. It is showed that amorphous structures are
formed mainly with the basic cluster(120 12 0)at the cooling rate of 1 x 10K/s,1 x 10K/s and 1 x10/s in the
system. The effect of cooling rate on the structure during solidification process of liquid Ti, Al alloy is mainly reflected by
changes in the number of the (12 0 12 0)basic cluster. The basic cluster(12 0 12 0)plays a key role in evolution of
cluster structures during rapid solidification processes. With lower cooling rate, there are more number of the(120 120)
basic clusters formed, the amorphous structure is more stable
Key words: liquid Ti, Al alloy; solidification process; cluster-type index method; cluster structure
:食
0引言
同冷速对于T3A合金的玻璃态和晶体形成的影
响,2005年Han等人研究了液态Al-Ti合金的热
T3A合金是一种重要的高温轻质结构材料,其物理性质2。要深人的了解转变机理,就必须对
具有密度低、强度高、抗氧化性能好、耐腐蚀性能好其微观结构有清楚的认识。刘让苏提出了“中心原
等优点,因此被广泛的应用于航空航天、工业燃气轮子法”及“原子团簇类型指数法(CTM)”,它在定量
机汽车工业中叫。然而就目前的实验条件,对液描述典型非晶态结构和部分晶体结构方面具有一定
态金属及其合金的凝固过程很难实现微观跟踪研的优势。本文采用分子动力学模拟的方法模拟
究。但随着计算机模拟技术的发展,采用计算机模液态TAI在不同冷速下凝固过程的微观结构变
拟液态金属及其合金的凝固过程,可以得到在实验化,并分析冷速对其微观结构的影响。
中很难得到或者根本得不到的微观结构演变的信
1模拟计算的条件和方法
息。近年来,采用分子动力学模拟的方法研究Al
i基合金也取得了一定的成果。2001年 Djanartha
本模拟将4096个原子(1024个AI原子,3072
ny等人研究了Al-T基合金的结构、动力学行为,个原子)置于一个具有周期性边界的盒子中,势
2004年Pei等人用分子动力学模拟的方法研究了不函数采用适合模拟二元合金的 Embedded atom