- Код статьи
- S30346215S0015323025030094-1
- DOI
- 10.7868/S3034621525030094
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том 126 / Номер выпуска 3
- Страницы
- 328-341
- Аннотация
- На основе фазово-полевого описания рассмотрен процесс кристаллизации однокомпонентной системы с образованием микроструктуры. Получена замкнутая физико-математическая модель термодинамически согласованных релаксационных уравнений для фазовых полей и уравнения теплопроводности, описывающая взаимодействие различных фаз и кристаллитов одной фазы между собой. Модель учитывает скрытую теплоту фазового перехода и получена из принципа возрастания энтропии и закона сохранения энтальпии. Предложен метод введения флуктуаций фазового поля, имитирующий гомогенное зародышеобразование в расплаве. На основе полученной модели исследован процесс формирования краевых углов при соприкосновении трех фаз. Проведено сравнение полученного распределения по размерам кристаллитов с теоретическим распределением Хиллерта. Изучены зависимость распределения формы и размеров кристаллитов от величины теплового градиента и влияние термодинамических условий на процесс полиморфного δ-γ-превращения.
- Ключевые слова
- фазовое поле кристаллизация микроструктура неравновесная термодинамика
- Дата публикации
- 11.02.2025
- Год выхода
- 2025
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 10
Библиография
- 1. Provatas N., Elder K. Phase-Field Methods in Materials Science and Engineering. John Wiley & Sons, Incorporated, 2010. 316 p.
- 2. Boettinger W.J., Warren J.A., Beckermann C., Karma A. Phase-Field Simulation of Solidification // Annual Rev. Mater. Research. 2002. V. 32. No. 1. P. 163-194.
- 3. Мейрманов А.М. Задача Стефана. М.: Наука, 1986. 240 c.
- 4. Warren J.A., Boettinger W.J. Prediction of dendritic growth and microsegregation patterns in a binary alloy using the phase-field method // Acta Metal. Mater. 1995. V. 43. No. 2. P. 689-703.
- 5. Kim S.G., Kim W.T., Suzuki T. Phase-field model for binary alloys // Phys. Rev. E. 1999. V. 60. № 6. P. 7186-7197.
- 6. Pinomaa T., Provatas N. Quantitative phase field modeling of solute trapping and continuous growth kinetics in quasi-rapid solidification // Acta Mater. 2019. V. 168. No. 2. P. 167-177.
- 7. Лебедев В.Г. Динамика перераспределения примеси на границах фаз растворов: фазово-полевой подход // Письма в ЖЭТФ. 2022. Т. 115. № 4. С. 256-261.
- 8. Kobayashi R. Modeling and numerical simulations of dendritic crystal growth // Physica D. 1993. V. 63. № 3. P. 410-423.
- 9. Steinbach I., Pezzolla F., Nestler B., Seeßelberg M., Prieler R., Schmitz G., Rezende J. A phase field concept for multiphase systems // Physica D: Nonlinear Phenomena. 1996. V. 94. No. 3. P. 135-147.
- 10. Steinbach I., Pezzolla F. A generalized field method for multiphase transformations using interface fields // Physica D: Nonlinear Phenomena. 1999. V. 134. No. 4. P. 385-393.
- 11. Eiken J., Böttger B., Steinbach I. Multiphase-field approach for multicomponent alloys with extrapolation scheme for numerical application // Phys. Rev. E. 2006. V. 73. No. 6. P. 066122.
- 12. Dinsdale A. SGTE data for pure elements // Calphad. 1991. V. 15. No. 4. P. 317-425.
- 13. Hillert M. Phase equilibria, phase diagrams and phase transformations: their thermodynamic basis. Cambridge University Press, 2009. 510 p.
- 14. NIMS Materials Database (MatNavi) - DICE : National Institute for Materials Science - URL: https://mits.nims.go.jp/ (дата обр. 18.01.2025).
- 15. Fan D., Chen L.-Q.Computer simulation of grain growth using a continuum field model // Acta Mater. 1997. V. 45. No. 2. P. 611-622.
- 16. Львов П.Е., Светухин В.В. Влияние подвижности границ зерен на формирование вторых фаз в наноструктурированных бинарных сплавах // ФММ. 2022. Т. 123. № 10. С. 1072-078.
- 17. Kessler D. Sharp interface limits of a thermodynamically consistent solutal phase field model // J. Cryst. Growth. 2001. V. 224. No. 1-2. P. 175-186.
- 18. Groot S.R. de, Mazur P. Non-equilibrium thermodynamics. Dover Publications, 1984. 510 p.
- 19. Kamachali R.D., Steinbach I. 3-D phase-field simulation of grain growth: Topological analysis versus mean-field approximations // Acta Mater. 2012. V. 60. No. 6/7. P. 2719-2728.
- 20. Hillert M. On the theory of normal and abnormal grain growth // Acta Metal. 1965. V. 13. No. 3. P. 227-238.
- 21. Лебедев В.Г., Лебедева А.А., Галенко П.К. О мезоскопическом описании локально-неравновесных процессов затвердевания чистых веществ // Письма в ЖЭТФ. 2015. Т. 101. № 2. С. 143-147.
- 22. Wheeler A.A., Boettinger W.J., McFadden G.B. Phasefield model for isothermal phase transitions in binary alloys // Phys. Rev. A. 1992. V. 45. No. 10. P. 7424-7439.
- 23. Perlin K. An image synthesizer // ACM SIGGRAPH Computer Graphics. 1985. V. 19. No. 3. P. 287-296.
- 24. Eigen. URL: https://eigen.tuxfamily.org/index.php?title=Main_Page (дата обр. 13.11.2024).
- 25. OpenCV. URL: https://opencv.org/ (дата обр. 13.11.2024).
- 26. Rowlinson J.S., Widom B. Molecular theory of capillarity. Clarendon Pr., 1989. 327 p.
- 27. Лейбензон В.А., Пилюшенко В.Л., Кондратенко В.М., Хрычиков В.Е., Недопекин Ф.В., Белоусов В.В., Дмитриев Ю.В. Затвердевание металлов и металлических композиций. Наукова думка, 2009. 404 c.
