[发明专利]基于分子动力学的铸造高铬合金的建模方法

摘要

本发明基于分子动力学的铸造高铬合金的建模方法属于合金材料结构设计领域，涉及一种基于分子动力学方法高铬合金的建模方法。建模方法利用分子动力学建模软件进行铸造高铬合金的组成结构的建模，先获取铸造高铬合金的特征参数，构造体心立方晶体结构的原子模型、构造面心立方晶体结构的原子模型；再通过置换程序，以铬原子置换出模型中的现有原子；然后判断置换元素的含量，如不满足含量要求，继续置换，直到铬元素满足合金中的要求；最后利用Voronoi算法对所构成的模型进行优化，直到满足合金中所有元素的含量要求。该建模方法能准确反映合金的微观组织成分和结构，对研究合金的性质和加工方法具有现实意义。

主权项

一种基于分子动力学的铸造高铬合金的建模方法，其特征在于，利用分子动力学建模软件进行铸造高铬合金的组成结构的建模，所述的铸造高铬合金的建模方法包括以下步骤：步骤1，获取新型高铬合金的特征参数，包括合金中元素的种类、各种元素的体积分数、质量分数、各元素的凝固温度以及粒子间距和晶粒大小；步骤2，基于高铬合金中组织结构的不同存在形式，其微观结构表现为不同的晶体结构；马氏体、铁素体等组织结构微观表现为体心立方的晶体结构，所以构造生长体心立方晶体结构，并对建好的晶粒进行旋转、平移晶粒中心的坐标至原始原点坐标位置，以方便后续的数据处理；步骤3，合金中包含的奥氏体等组织结构微观表现为面心立方的结构，所以构造生长面心立方晶体结构，同样对生长的面心立方晶粒进行旋转和坐标平移处理，面心立方的晶格先旋转一个β角，再旋转α角，这两次旋转的角度应该不同,以模拟更接近实际的晶体排列结构；步骤4，统计铬的含量分布，编写置换程序，通过置换原子的程序，并对晶格常数的赋值得到铬原子，以铬原子置换模型中的现有原子，形成置换固溶体；步骤5，设定算法判据，若满足铬元素在合金中的体积分数和质量分数的要求，则结束原子置换过程，若未满足要求则重复步骤4的置换过程；步骤6，利用Voronoi算法对以上步骤所构造的多晶模型进行优化处理，取一个多边形区域作为单元区域，对于这个单元区域，使超出单元左边界的模型平移到单元区域的右边，超出单元右边界的模型平移到单元的左边，超出单元上边界的模型平移到单元下边，超出单元下边界的模型平移到单元上边，使上下、左右构成一个循环，使其更符合多晶的晶体结构，以及合金中晶体的排列方式；步骤7，通过赋值得到合金中其他元素种类,将步骤4中的铁原子换成其他 元素的原子,重复步骤4到步骤6的过程，得到合金中其他所有元素的含量；最终得到铸造高铬合金的理论模型。