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LAMMPS實(shí)操系列（四）: 高熵合金FCC-CoCrCuFeNi的退火模擬

來源：時(shí)間：2022-11-02 16:03:54 瀏覽：7686次

我們前幾期文章內(nèi)容詳細(xì)介紹了通過LAMMPS程序進(jìn)行大量FCC-CoCrCuFeNi高熵合金建模與最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的篩選，并最終賽選出了我們所建1000個(gè)模型中能量最小也就是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。本章我們將繼續(xù)通過LAMMPS程序?qū)ξ覀兒Y選出來的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火處理。

退火是一種對(duì)材料的熱處理工藝，指的是將材料緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻。其目的是降低材料的殘余應(yīng)力，減少變形與裂紋傾向，細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷，改善材料的力學(xué)性能，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)尺寸等。有了材料退火處理的概念后，我們就可以通過設(shè)計(jì)LAMMPS腳本程序進(jìn)行材料的退火處理了。我們對(duì)FCC-CoCrCuFeNi的退火模擬思路主要是，首先將材料以均勻的速率用100 ps從300 K升溫至1000 K，然后在1000 K的溫度下平衡100 ps，隨后以均勻的速率用100 ps從1000 K降溫至300 K，隨后通過共軛梯度下降法做靜力學(xué)結(jié)構(gòu)優(yōu)化得到退火后的結(jié)構(gòu)。

我們的LAMMPS腳本程序設(shè)計(jì)如下：

units metal

boundary p p p

atom_style atomic

timestep 0.001

#讀入之前篩選出的最優(yōu)結(jié)構(gòu)

read_data FeNiCrCoCu_620.data

#設(shè)置原子質(zhì)量

mass 1 55.8 #Fe

mass 2 58.7 #Ni

mass 3 52 #Cr

mass 4 59 #Co

mass 5 63 #Cu

#設(shè)置勢函數(shù)

pair_style eam/alloy

pair_coeff * * FeNiCrCoCu-with-ZBL.eam.alloy Fe Ni Cr Co Cu

#溫度&能量計(jì)算及熱力學(xué)輸出和系綜設(shè)置

compute 1 all temp

compute Ek all ke/atom

compute Ep all pe/atom

compute_modify 1 dynamic yes

thermo_style custom step dt time temp ke pe etotal press lx ly lz vol

thermo 1000

dump 1 all custom 5000 dumpthermo.atom.* id type x y z c_Ek c_Ep

velocity all create 300 87287 rot yes dist gaussian

fix r1 all npt temp 300 1000 0.1 iso 0.0 0.0 1.0

run 100000

unfix r1

fix r2 all npt temp 1000 1000 0.1 iso 0.0 0.0 1.0

run 100000

unfix r2

fix r3 all npt temp 1000 300 0.1 iso 0.0 0.0 1.0

run 100000

unfix r3

#對(duì)退火后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)能量最小化

min_style cg

minimize 1.0e-6 1.0e-7 10000 10000

run 0

undump 1

#輸出退火后優(yōu)化的結(jié)構(gòu)

write_data FeNiCrCoCu.data

圖1為我們模擬過程中溫度隨時(shí)間的變化曲線，可以看到我們的模擬過程中溫度隨時(shí)間的變化是符合退火基本概念的。

圖1 FCC-CoCrCuFeNi高熵合金退火過程中溫度隨時(shí)間的演化曲線

此外，在對(duì)篩選出的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步退火處理，并通過靜力學(xué)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，我們得出的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 經(jīng)退火與結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的FCC-CoCrCuFeNi高熵合金晶體構(gòu)型

由于FCC-CoCrCuFeNi高熵合金被認(rèn)為是潛在的工程結(jié)構(gòu)材料[1]，接下來我們將對(duì)退火前后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓縮模擬，對(duì)比退火前后FCC-CoCrCuFeNi高熵合金的力學(xué)性能變化，敬請(qǐng)各位讀者關(guān)注我們的更新。

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