B2-Ni50Al50金属间化合物的Ostwald两步法晶体生长
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Engineering，Shanghai University，Shanghai 200444，China）
【Abstract】 Solidification and crystallization process of B2-Ni50 Al50 alloy was simulated by using a molecular dynamics （ MD ） ，and microstructural evolution was characterized by a hybrid method of bond orientational order （ BOO） and voronoi polyhedron index （ VPI） ，then the reverse tracing method was used to track large clusters and to analyze the internal structure of large clusters． The results showed that the crystallization process of B2-Ni50 Al50 alloy was a two- step growth mechanism，that is，the parent liquid structure first changed into the metastable HCP structure （ shell） and then the metastable HCP structure converted into the stable BCC structure （ core-shell） ． The cluster shell was mostly HCP structure，the core was mostly BCC structure，and the typical core shell structure proved the two-step growth mechanism too． In addition，pure metals Fe，Nb and Ti with the same stable BCC phase were all the core-shell structures，namely，the shell was mostly HCP structure，and the core was mostly BCC structure． It was basically determined that two-step growth mechanism was a common property of metals with the stable BCC phase．
第 41 卷 第 2 期 2019 年 3 月
上海金属 SHANGHAI METALS
Vol． 41，No． 2 March，2019 93
Fra Baidu bibliotek
B2- Ni50Al50 金属间化合物的 Ostwald 两步法晶体生长
赖琴梅1，2，3 余熔刚1，2，3 王贤洋1，2，3 吴永全1，2，3
（ 1． 省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室，上海 200444； 2． 上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室， 上海 200444； 3． 上海大学材料科学与工程学院，上海 200444）
【摘要】 采用分子动力学方法模拟 B2 型 Ni50 Al50 合金的凝固结晶过程，并通过键取向序 （ BOO） 参数和 Voronoi 多面体指数（ VPI） 来表征微观结构，采用逆向追踪法追踪大团簇，对大团 簇内部结构进行分析。结果表明： B2-Ni50 Al50 合金的晶体长大过程是两步生长模式，即先由液 相形成亚稳的 HCP 结构（ 壳层） ，再由亚稳 HCP 转变为稳态的 BCC 结构（ 核心） 。且结晶形成 的团簇壳层大多为 HCP 结构，核心则大多为 BCC 结构，典型的核-壳型结构，这一点也能佐证其 符合两步生长机制。另外，同为稳定 BCC 相的纯金属 Fe、Nb 和 Ti，也都为核-壳型结构，壳层主 要是 HCP，核心主要为 BCC 结构。基本可以判定，两步生长是稳定 BCC 相金属的共有属性。
基金项目： 国家自然科学基金（ No． 51374141） 作者简介： 赖琴梅，女，主要从事凝固模拟研究，E-mail： 2015lqm@ i． shu． edu． cn
94
上海金属
第 41 卷
性能的金属有材料，必须对液态金属凝固过程的 微观机制形成清晰的认识，才能最终实现材料制 备的精确控制和设计。
【Key Words】 B2-Ni50 Al50 ，crystallization，molecular dynamics simulation，Ostwald twostep growth mechanism
金属熔体的凝固过程一直是冶金和凝聚态物 然而，金属材料的宏观性能在很大程度上又由凝 理等学科研究的重点和难点，尤其是微观机制。 固过程决定。因此，为了能够获得具有优良宏观
【关键词】 B2-Ni50 Al50 结晶 分子动力学模拟 Ostwald 两步生长机制
Ostwald Two- step Crystal Growth of B2- Ni50Al50 Intermetallic Compound
LAI Qinmei1，2，3 YU Ｒonggang1，2，3 WANG Xianyang1，2，3 WU Yongquan1，2，3 （ 1． State Key Laboratory of Advanced Special Steel，Shanghai 200444，China； 2． Shanghai Key Laboratory of Advanced Ferrometallurgy，Shanghai 200444，China； 3． School of Materials Science and
【Abstract】 Solidification and crystallization process of B2-Ni50 Al50 alloy was simulated by using a molecular dynamics （ MD ） ，and microstructural evolution was characterized by a hybrid method of bond orientational order （ BOO） and voronoi polyhedron index （ VPI） ，then the reverse tracing method was used to track large clusters and to analyze the internal structure of large clusters． The results showed that the crystallization process of B2-Ni50 Al50 alloy was a two- step growth mechanism，that is，the parent liquid structure first changed into the metastable HCP structure （ shell） and then the metastable HCP structure converted into the stable BCC structure （ core-shell） ． The cluster shell was mostly HCP structure，the core was mostly BCC structure，and the typical core shell structure proved the two-step growth mechanism too． In addition，pure metals Fe，Nb and Ti with the same stable BCC phase were all the core-shell structures，namely，the shell was mostly HCP structure，and the core was mostly BCC structure． It was basically determined that two-step growth mechanism was a common property of metals with the stable BCC phase．
第 41 卷 第 2 期 2019 年 3 月
上海金属 SHANGHAI METALS
Vol． 41，No． 2 March，2019 93
Fra Baidu bibliotek
B2- Ni50Al50 金属间化合物的 Ostwald 两步法晶体生长
赖琴梅1，2，3 余熔刚1，2，3 王贤洋1，2，3 吴永全1，2，3
（ 1． 省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室，上海 200444； 2． 上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室， 上海 200444； 3． 上海大学材料科学与工程学院，上海 200444）
【摘要】 采用分子动力学方法模拟 B2 型 Ni50 Al50 合金的凝固结晶过程，并通过键取向序 （ BOO） 参数和 Voronoi 多面体指数（ VPI） 来表征微观结构，采用逆向追踪法追踪大团簇，对大团 簇内部结构进行分析。结果表明： B2-Ni50 Al50 合金的晶体长大过程是两步生长模式，即先由液 相形成亚稳的 HCP 结构（ 壳层） ，再由亚稳 HCP 转变为稳态的 BCC 结构（ 核心） 。且结晶形成 的团簇壳层大多为 HCP 结构，核心则大多为 BCC 结构，典型的核-壳型结构，这一点也能佐证其 符合两步生长机制。另外，同为稳定 BCC 相的纯金属 Fe、Nb 和 Ti，也都为核-壳型结构，壳层主 要是 HCP，核心主要为 BCC 结构。基本可以判定，两步生长是稳定 BCC 相金属的共有属性。
基金项目： 国家自然科学基金（ No． 51374141） 作者简介： 赖琴梅，女，主要从事凝固模拟研究，E-mail： 2015lqm@ i． shu． edu． cn
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上海金属
第 41 卷
性能的金属有材料，必须对液态金属凝固过程的 微观机制形成清晰的认识，才能最终实现材料制 备的精确控制和设计。
【Key Words】 B2-Ni50 Al50 ，crystallization，molecular dynamics simulation，Ostwald twostep growth mechanism
金属熔体的凝固过程一直是冶金和凝聚态物 然而，金属材料的宏观性能在很大程度上又由凝 理等学科研究的重点和难点，尤其是微观机制。 固过程决定。因此，为了能够获得具有优良宏观
【关键词】 B2-Ni50 Al50 结晶 分子动力学模拟 Ostwald 两步生长机制
Ostwald Two- step Crystal Growth of B2- Ni50Al50 Intermetallic Compound
LAI Qinmei1，2，3 YU Ｒonggang1，2，3 WANG Xianyang1，2，3 WU Yongquan1，2，3 （ 1． State Key Laboratory of Advanced Special Steel，Shanghai 200444，China； 2． Shanghai Key Laboratory of Advanced Ferrometallurgy，Shanghai 200444，China； 3． School of Materials Science and