Fe-Cr-Mo三元合金相分离的计算机模拟外文翻译资料

 2022-12-20 21:11:57

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本科生外文翻译

题 目 Fe-Cr-Mo三元合金相分离的计算机模拟

Fe-Cr-Mo三元合金相分离的计算机模拟

理论

采用基于Cahn-Hilliarcl方程的模型，研究了Mo对Fe-40 at-Cr三元合金相分离行为的影响。模拟结果表明，在Fe-40at.Cr二元合金中加入少量的Mo可加速Cr的相分离。当Mo加入量达到10 at时，Cr沿峰顶轨迹的相分离速度随时间的延长而增大。利用作者提出的三元合金中替代元素的渐近行为理论，分析了Cr加速行为的机理。

1 介绍

与相分离有关的微卫星的控制对铁基合金材料的制备有着重要的意义。对铁基合金进行了多次热处理。例如，双相不锈钢中的铁素体在热温度下机械不稳定，这是由于模壳结构通过相分离而引起的。

据我们所知三元合金相分离的行为和二元合金是不同的。根据Suwa和Saito 3在Fe-Cr二元相和Fe-Cr-Mo三元合金中的相分离的数值模拟进行了研究。结果表明在Fe-Cr二元合金中添加Mo会加速Cr的分解，这表明，Cr在三元合金中的分解速度快于二元合金。对Fe-Cr-Mo三元合金相分离的蒙特卡洛模拟结果表明，Fe-Cr-Mo三元合金中Fe-Cr对数的下降速度在Fe-40at.%Cr-5at.%Mo三元合金高于Fe-40at.%Cr与相分离速率密切相关.

本文研究了Cr在Fe－Cr－Mo三元合金通过向Fe－40at.%Cr二元合金中添加Mo来诱导的相分离行为。通过使用本文作者提出的关于三元合金中替代元素渐近行为的理论来研究加速相分离的机理

2 模型

2.1 Fe-Cr-Mo的Cahn-Hilliard方程

为了简单起见，我们考虑一维情形。如果元素的迁移率不依赖于它们在空间中的位置，则Fe-Cr-Mo三元合金的cahn-Hillirad方程通过以下公式给出。

cCr(x,t)和cMo(x,t)分别是Cr和Mo元素的浓度场，方程1和方程2

使用正则解模型时，局部自由能被写为

R是气体常数，T是绝对温度，Omega;FeCr, Omega;FeMo, Omega;CrMo是相互作用参数，fFe,fCr,fMo分别是纯铁，纯铬和纯镆 ，从（5）可以得出

2.2 数值模拟条件

Fe-Cr-Mo三元合金的迁移率MCR、MMO和梯度能系数KCr、KMo、LCrMo为

其中ao是晶格常数，DCr是Cr在Fe-50at%Cr合金中的扩散系数，DMo是Mo在Fe-50atMo中的扩散系数，C1是一个可调的参数，它修正了时间尺度从而使计算的相分离动力学与观察到的相分离动力学得到了很好的吻合。

3 结果与讨论

3.1 Mo对Cr相分离行为的影响

基于Cahn-Hilliard方程对Fe-40at%Cr-Mo三元合金进行了数值模拟。Mo的浓度在O~15 at.%之间变化。Fe-40at.%Cr-Mo三元合金中Cr的还原作用处于尖晶石分解初期在图1。很明显，当Mo浓度低于10at.%时随着Mo的增加，Cr的相衰减速度也随之增大。当Mo的浓度低于10at.%时，随着Mo的加入量大于10at.%,Cr的分解延迟。

3.2 Cr和Mo在Fe-Cr-Mo三元合金中的渐近行为

为了分析Mo对Fe-Cr-Mo三元合金中Cr相分离行为的影响，我们研究了Cr和Mo在cCr峰处的渐近行为利用了(3)和(4)函数。功能cr和Gmo被定义为

这些函数满足下列条件

在峰值处P(xp,t)

应用复合函数[13]的微分中值定理，我们在打开间隔part;2cx/part;x2处得到了 以下一个中间值的方程

在这里，我们考虑了Fe-Cr-Mo温度合金中Cr的浓度和Mo，cMo饱和态的浓度随条件的变化。

现在，让我们考虑Cr在CCR峰顶的渐近行为。一旦在CMo的峰值顶部形成CCr的高峰或底部，则方程(17)的第三项为零。四阶导数项是由Fe基体中Cr和Mo的界面能决定的。假定这些项在CCR峰值处的贡献小于第一项和第二项。然后，在cCr(17)的峰值处，可以近似为

part;2f0/ part;c2Cr的符号在尖顶区域内是负的，fCrCr的值由下式给出

上述方程右侧的第一项描述了二元合金中相去位的主要特征-上坡扩散现象。第二项表示Mo对Mo的加入引起的cCr变化的影响。

3.2.1 加速相位分解

由于Fe和Cr原子之间的强烈排斥作用，Fe-Cr合金的相分解是由一个连续的过程引起的。Mo的少量加入影响Cr峰顶的变化可以用方程（20）分析。虽然fCrCr的绝对值略有下降，但X元素的行为被认为是由方程右侧的第二项所支配。Fe-Cr-Mo三元合金中Cr和Mo元素的相互作用参数被定义为

如果WCr-Mo是负值并且它的绝对值大于RT/cFe,frsquo;CrMo最初也是负值。沿着cCr峰的cMo的幅度随时间增加，然后再cMo的峰值处形成cMo峰。由此可见，方程（20）中的第二项是正的。这加速了Cr的分解。在低温时，RT/cFe的值在后期大于WCrMo的绝对值。然后frsquo;CrMo的值从负值变为正值并且峰值分叉会出现。因为part;2cMo/ part;x2和frsquo;CrMo都是正值，第二项的正值也不会在后面的阶段改变。如果fCrMo的值一开始是负值，三元合金Fe-Cr-Mo相分离会再加入少量的Mo后加速。

4 结论

我们提出了一种在Fe-Cr二元合金中加入少量的Ma加速相分离的机理。当Mo的浓度低于at.%时，Mo在自旋节区的调幅区域中加入Mo加速了Cr的分解。第二个衍生物的化学自由能，fo，Cr和Mo、cCR和cMO、 frsquo;CrMo equiv; part; 2f0/ part; cCr part; cMo的组分浓度、沿着cCr和cCr顶峰的轨迹的Mo的行为和Cr在峰值处的行为。在Fe-Cr-Mo三元合金中，这种加速相分离的机制是由于Cr和Mo之间存在着排斥影响。

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