Effects of carbon segregation and interface roughness on the mobility of solid-liquid interface in Fe-C alloy: A molecular dynamics study

材料科学 合金 过冷 扩散 分子动力学 动能 分析化学(期刊) 化学物理 结晶学 热力学 冶金 计算化学 色谱法 量子力学 物理 化学
作者
Lintao Gui,Hao Zhang,Yan Zhao,Yangwei Wang,Dengfu Chen,Xinyi Wang,Gazi Mahmud,Mujun Long
出处
期刊:Materialia [Elsevier]
卷期号:20: 101266-101266 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.mtla.2021.101266
摘要

The kinetic coefficients (μ) for the fcc Fe-(0–0.5 wt%)C alloy solidification and melting were investigated using molecular dynamics simulations. The activation energy for the diffusion of C atoms (QC) at the solid-liquid interface was calculated using the Debye-Waller factor to reveal the effect of C atoms dragging on the interface mobility. The influence of C segregation and interface roughness on interface mobility was also investigated. Simulation results show that for melting, the C content has a minor effect on the μ, and the μ is mainly ranged 18.1–19.4 cm/s•K, while for solidification, the μ linearly decreases with the increasing C content, and the μ is ranged 9.6–17.9 cm/s•K. In addition, a ‘platform’ zone was observed under low undercooling, in which the interface velocity is close to zero and suggests weak interface mobility, resulting from the segregation and dragging of C atoms at the interface. The ‘platform’ zone size linearly increases with the increasing C content. The QC increases with the increasing C content, which is ranged 0.71–0.91 eV for the fcc Fe-(0.1–0.4 wt%)C alloy solidification, indicating the C atomic motion is weakened and the C atoms dragging is reinforced due to C content increasing. Interface roughness and C atoms distribution analyses show that for the fcc Fe-C alloy solidification, a smooth solid-liquid interface is unfavorable for interface mobility, and the smooth interface is usually accompanied by the non-uniform distribution of C atoms. Therefore, increasing the interface roughness may be helpful for improving interface mobility and segregation for alloy solidification.

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