Simulation of nucleation and evolution process of nuclei during solidification of Ti₃Al alloy

采用分子动力学方法对Ti₃Al合金的形核机理进行了模拟研究, 采用团簇类型指数法(CTIM), 对凝固过程不同尺度的原子团簇结构进行了识别和表征, 深入研究了临界晶核的形成和长大过程. 结果表明, 凝固过程体系包含了数万种不同类型的原子团簇结构, 但其中22种团簇结构类型对结晶形核过程起关键性作用. 在晶核的形成和长大过程, 类二十面体(ICO)原子团簇、类BCC原子团簇和缺陷FCC及缺陷HCP原子团簇在3个特征温度点T₁ (1110 K), T₂ (1085 K)和T₃ (1010 K)时达到数量上的饱和, 并根据数量和空间分布随温度的变化, 得到了它们在形核和长大过程相互竞争的关系. 跟踪平行孪生晶粒形成和长大的过程发现, 临界晶核是由FCC原子构成的单相结构, 并未观察到亚稳BCC相优先形核的过程; 平行孪生结构是由FCC单相晶核在沿密排面逐层生长过程中形成的. 结果还表明, CTIM相比于其他微观结构表示方法, 能更为准确地揭示凝固过程微观结构的转变特征.