Mg–Ce合金中异常晶粒生长建模

《METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE》：Abnormal Grain Growth Modeling in Mg–Ce Alloy

纯镁及Mg-Ce合金静态再结晶过程中异常晶粒生长机制研究，基于细胞自动机模型揭示位错密度差异和界面对溶质浓度敏感是异常晶粒生长的主因，且溶质存在显著抑制Mg-Ce合金异常晶粒生长，同时发现温度对晶粒尺寸分布和织构强度的影响显著，高溶质浓度边界在高温下表现出更大的压降。

　　

摘要

本文利用元胞自动机模型研究了纯镁（Mg）和Mg–Ce合金在静态再结晶过程中的异常晶粒生长现象。在当前模型中，所有晶界的自移动性被假设为恒定值。然而，不同晶界的移动性实际上取决于晶粒内部的位错密度以及晶界处溶质的浓度。对纯镁的微观结构观察发现，在静态再结晶过程中存在异常晶粒。异常晶粒生长的主要原因是不同晶粒之间的位错密度存在差异。在Mg–Ce合金中，无论溶质原子浓度处于平衡状态（样品_eq-S）、低于平衡状态（样品_beq-S）还是高于平衡状态（样品_aeq-S），晶界处也观察到了异常晶粒的生长现象。不过，Mg–Ce合金中的异常晶粒总面积比纯镁小，这表明晶界处溶质的存在抑制了异常晶粒的生长。纯镁和Mg–Ce合金的晶粒尺寸分布都随温度发生变化，其中样品_beq-S中的变化尤为显著。在静态再结晶过程中，晶粒的织构成分几乎没有变化，但织构强度发生了变化：纯镁和Mg–Ce样品_eq-S的织构强度随温度升高而增强，而Mg–Ce样品_beq-S的织构强度则有所下降。Mg–Ce样品_aeq-S的织构强度基本保持不变。本文还对所有样品的“拖拽压力”（该压力考虑了溶质的拖拽效应和位错密度的影响）进行了分析，发现拖拽压力最初会增加并达到一个峰值，随后逐渐减小。对于含有平衡浓度或高于平衡浓度溶质的晶界，拖拽压力在高温下的减小幅度最大；而对于含有低于平衡浓度溶质的晶界，拖拽压力的减小幅度则较小。