發(fā)布時間：2021-01-12 10:11

　　如何精確控制定向凝固過程中的晶粒競爭生長是先進(jìn)單晶（定向）材料制備的共性和關(guān)鍵問題。但當(dāng)前以Walton-Chalmers模型為代表的傳統(tǒng)晶粒競爭生長理論不僅無法為完滿解決這一問題提供足夠的理論支撐,而且受到了眾多實驗結(jié)果的挑戰(zhàn)。本文結(jié)合相場法及透明合金原位實驗,通過對定向凝固雙晶競爭生長過程中組織演化及溶質(zhì)輸運(yùn)的數(shù)值模擬和實時觀測,系統(tǒng)研究了不同生長方式、生長維度及晶體取向下的枝晶生長、晶界演化及晶粒淘汰現(xiàn)象,闡明了不同條件下定向凝固晶粒競爭生長的規(guī)律及機(jī)制,修正了二維雙晶晶界取向選擇模型。具體研究內(nèi)容和主要結(jié)論如下:（1）針對可描述不同取向多晶競爭生長的定量相場模型,開發(fā)了結(jié)合圖形處理單元（GPU）CUDA算法與中央處理器（CPU）MPI算法的求解代碼,實現(xiàn)了基于多GPU并行的大尺度模擬,相對于傳統(tǒng)CPU計算,計算效率得到大幅提高。制備了具有特定發(fā)散取向關(guān)系的透明合金雙晶試樣,考察了雙晶試樣定向凝固過程中側(cè)向分枝產(chǎn)生行為及晶界演化規(guī)律,并通過實驗結(jié)果與相場模擬結(jié)果的對比分析,檢驗了相場模擬的可靠性。（2）研究了定向凝固枝晶分枝演化行為及調(diào)控規(guī)律。發(fā)現(xiàn)晶界處枝晶主干的側(cè)向分枝以波包形... 

【文章來源】：西北工業(yè)大學(xué)陜西省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：140 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

二維定向凝固雙晶競爭生長構(gòu)型示意圖：(a1)-(a3)匯聚雙晶構(gòu)型；(b1)-(b3)發(fā)散雙晶構(gòu)型FOgrainUOgrainFOgrainUOgrainFOgrainUOgrainθFOθUO=0θFOθUO<0θFOθUO>0

圖 1-3 Walton-Charmers 模型示意圖[41].1-3 Schematic illustration of Walton-Charmers mo模型可具體描述如下：圖 1-3 中擇優(yōu)取向晶，而非擇優(yōu)取向晶粒 B 中枝晶則沿著偏離擇優(yōu)取向晶粒 B 的晶界處，兩晶粒枝晶尖擇優(yōu)取向晶粒 A2 與非擇優(yōu)取向晶粒 B 的離，即發(fā)散生長。當(dāng)定向凝固過程達(dá)到穩(wěn)的枝晶在沿?zé)崃鞣较驊?yīng)具有相同的生長速晶而言，其尖端生長速度即為豎直方向上速度僅是其尖端生長速度的一個分量，因于擇優(yōu)取向枝晶的尖端生長速度，因此非意味著非擇優(yōu)枝晶尖端位置更加靠后。所以的枝晶尖端位置一直落后于擇優(yōu)取向晶粒的非擇優(yōu)取向枝晶不斷地被擇優(yōu)取向枝晶

定向凝固匯聚雙晶競爭生長中的反常淘汰現(xiàn)象：(a)高溫合金[54]overgrowth in bi-crystal converging growth during directional solidifisystems: (a) superalloy[54]; (b) transparent alloy[59]聚生長條件下，枝晶的側(cè)向分枝可以繞一次臂主干旋轉(zhuǎn)位角，三維條件下的晶粒競爭生長過程需要同時考慮枝枝的生長方位角。在三維實驗觀測[60, 62]中，研究者發(fā)現(xiàn)對匯聚競爭生長具有顯著影響。Liu[60]等發(fā)現(xiàn)當(dāng)擇優(yōu)取向(擇優(yōu)枝晶和非擇優(yōu)枝晶的側(cè)向分枝均無旋轉(zhuǎn))，擇優(yōu)取向反常淘汰不能發(fā)生；而當(dāng)擇優(yōu)取向枝晶的側(cè)向分枝繞枝時，非擇優(yōu)取向晶粒將淘汰擇優(yōu)取向晶粒，即發(fā)生反常淘雙晶競爭生長中反常淘汰的影響因素，通過分析側(cè)向分長的影響發(fā)現(xiàn)，不管擇優(yōu)取向枝晶的側(cè)向分枝是否繞枝能夠發(fā)生，且當(dāng)擇優(yōu)取向枝晶的側(cè)向分枝繞一次枝晶臂易發(fā)生反常淘汰。以上兩個研究結(jié)果均表明，在匯聚雙

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鎳基高溫合金定向凝固過程中的匯聚型雙晶競爭生長[J]. 胡松松,劉林,崔強(qiáng)偉,黃太文,張軍,傅恒志.  金屬學(xué)報. 2016(08)
[2]單晶高溫合金螺旋選晶過程的數(shù)值模擬與實驗研究 Ⅱ.螺旋段[J]. 張航,許慶彥,孫長波,戚翔,唐寧,柳百成.  金屬學(xué)報. 2013(12)
[3]單晶高溫合金螺旋選晶過程的數(shù)值模擬與實驗研究 Ⅰ.引晶段[J]. 張航,許慶彥,孫長波,戚翔,唐寧,柳百成.  金屬學(xué)報. 2013(12)
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[6]定向傾斜枝晶生長規(guī)律及競爭行為的相場法研究[J]. 王雅琴,王錦程,李俊杰.  物理學(xué)報. 2012(11)
[7]鎳基單晶高溫合金DD3制備過程中晶粒演化和選晶行為的EBsD研究[J]. 高斯峰,劉林,王檸,趙新寶,張軍,傅恒志.  金屬學(xué)報. 2011(10)
[8]鎳基雙晶高溫合金定向凝固過程中的競爭生長[J]. 盧琦,李金國,金濤,周亦胄,孫曉峰,胡壯麒.  金屬學(xué)報. 2011(06)
[9]基于CUDA的高速FFT計算[J]. 趙麗麗,張盛兵,張萌,姚濤.  計算機(jī)應(yīng)用研究. 2011(04)
[10]單晶高溫合金定向凝固過程中雜晶的競爭淘汰機(jī)制(英文)[J]. 趙新寶,劉林,張衛(wèi)國,屈敏,張軍,傅恒志.  稀有金屬材料與工程. 2011(01)

碩士論文
[1]CUDA平臺下的復(fù)雜疾病全基因組基因-基因相互作用研究[D]. 胡曉菡.上海交通大學(xué) 2010



本文編號：2972667