课题组在Mg-Zn合金时效的多尺度模拟方面取得新进展（Comp. Mater. Sci.）
- 发布时间：
- 2024-04-08
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- 课题组在Mg-Zn合金时效的多尺度模拟方面取得新进展（Comp. Mater. Sci.）
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镁合金因其具有比重小、比强度和比刚度高等优点而被广泛应用于汽车制造、航天航空等领域。但是，镁合金的屈服强度相对较低，延展性差，这限制了镁合金的进一步发展。时效强化是提高镁合金力学性能最常见的手段，其中Mg-Zn合金由于具有优异的时效强化效应以及相对低廉的成本，成为目前应用最广泛的商用镁合金，在科学研究领域和工程应用方面受到了广泛的关注。Mg-Zn合金的时效强化显著依赖于时效过程中产生的析出相性质，包括其种类、形态、尺寸以及在微观尺度上的分布状况。然而，研究时效过程中Mg-Zn合金微观组织演变以及对力学性能影响的方法主要是基于实验的“试错法”，这给高强度Mg-Zn合金的设计和开发带来了挑战。
近日，西安交通大学材料学院邓俊楷教授课题组与前沿院王栋教授合作，利用相场法与有限元分析相结合的多尺度模拟方法，系统研究了Mg-Zn合金在时效过程中的组织演变及其对力学性能的影响规律。研究结果表明，相场模拟可以复现实验中得到的析出相形貌、直径大小及体积分数，相场模拟结果分析表明合金中析出相的生长方式是以典型的形核长大机制为主。随后，基于相场模拟得到的微观组织结构，通过有限元模拟确定了合金不同时效时间下微观组织对应的屈服强度，模拟得到合金峰时效与过时效屈服强度与文献实验数据的误差小于5%。本研究中提出的多尺度模拟方法可为通过时效调控金属合金的力学性能提供一种高效研究手段，可为理性设计高性能合金提供理论支持。
本项研究成果以“Accurate prediction of aging effects on microstructure evolution and related mechanical strength of Mg-Zn alloys via multiscale simulations”为题发表在SCI期刊Computational Materials Science（IF= 3.3）上，并被选为封面文章。西安交通大学为本论文的第一作者和第一通讯单位，材料学院邓俊楷教授课题组的硕士生靳文帅和博士生弓站朋为本文共同第一作者。本项研究得到了国家自然科学基金面上项目、陕西省重点研发计划的资助，研究也得到西安交通大学校级高性能计算平台提供的超算算力和技术支持。