Ni-14at.%Al 合金的晶粒长大与析出模拟

本例将介绍如何利用组织演化模块模拟 Ni -14 at% Al 合金在热处理中晶粒长大与第二相析出同时发生的过程。相关的文件有: 批处理文件(Ni-14Al_Microstructure.pbfx), 热力学和迁移率数据库 ( AlNi_Prep.tdb ) 和析出动力学参数kdb文件 (Ni-14Al_Microstructure.kdb) ,这些文件均保存在 Pandat™ 软件的安装文件夹中: "\Pandat 2024 Examples\PanEvolution\Grain_Precipitation\"。具体模拟步骤如下:

第一步: 创建PanEvolution模块项目

创建方法与前一例相同, 参见第一步:创建PanEvolution项目

第二步: 调用热力学与迁移率数据库

调用方法与前一例相同, 参见第二步:调用热力学和迁移率数据库

第二步: 调用 kdb 文件

调用kdb文件的方法与前一例相同 第三步:调用 kdb 文件. 但是本例中kdb中合金参数与前一例不同。本例中 "Defined Alloy parameters" 选择 "Ni-14Al_Microstructure", 如 图 1所示,这些合金参数中不仅包含了第二相析出的参数,还包含了晶粒长大的参数。前一例合金参数为 "Ni-14Al_KWN" 仅包含第二相析出的参数。

图 1:  选择合金参数对话框

点击图 1 所示界面的“View Parameters”, 将弹出如图 2 所示“Create or Edit kdb Parameters” 对话框。这个kdb文件中的参数不仅有 基体相 ("matrix") 相和析出相 ("L12_Fcc") 还包含有参数基体晶粒 (“Matrix->Grain”) 的参数, 这些参数是模拟基体晶粒长大过程所需参数。

图 2:  在“Create or Edit kdb Parameter” 对话框中的基体晶粒相(Matrix->Grain)参数

第四步: 晶粒长大与析出模拟

成功调用包含热力学和迁移率参数的数据库 (TDB and PDB file) 以及包含有晶粒长大和析出所需的析出动力学参数文件(KDB 文件)后, 晶粒长大与析出模拟的功能将会被激活。通过 Pandat™ 菜单栏 “PanEvolution/PanPrecipitation → Concurrent Grain Growth and Precipitation”, 或点击工具栏 , 将弹出如图 3 所示 “Grain Growth and Precipitation Simulation” 对话框。用户可以在该界面进行模拟条件的设置,包括: 合金成分,热历史以及初始结构等。

  • Alloy Composition(合金成分): 用户可手动输入或使用Load Chemistry设置合金成分。使用Save Chemistry 保存合金成分,以避免后续每次使用时输入成分,此功能在模拟多元合金体系时非常有用.

  • Thermal History(热处理过程):在连续两行中保持时间-温度是线性关系(即恒定的冷却或加热速率)的情况下,可以设置任意热处理条件。第一行的时间必须以0开始。所设的表示在800°C下等温热处理10000s,然后在10000s至30000s时间范围内,从800°C匀速冷却到550°C。在热历史栏中添加多行,就可设置多阶段的热处理模拟。

图 3:  设置析出模拟条件对话框

  • 设置初始组织(Set initial Structure): 用户可以导入初始组织文件 “import from ‘.ini’ file” 或者从GUI定义初始组织 “Define through GUI”。点击 “Set Initial Structure”,将弹出如 图 4 所示窗口,从该界面用户可以设置晶粒和析出相的初始组织结构,包括尺寸和粒度分布。本例中晶粒尺寸为 1e-6 m (1μm), 以 log_normal 分布。设定完初始组织后,点击 “Export Ini. File" 可以导出和保存初始组织文件。

图 4:  设置初始组织对话框

第五步:模拟结果显示与编辑

与Pandat™ 软件中其他的计算一样,完成析出模拟后,会自动生成一个与动力学性能相关的表格,如时间、总转化体积分数、每一个析出相的平均尺寸、每一个析出相的数密度,以及每一个析出相的形核速率。模拟结果获得的默认图形是晶粒尺寸与析出相尺寸随时间变化(如 所示)。

图 5:  默认的平均晶粒尺寸与颗粒尺寸随时间变化关系图。