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LAMMPS实操系列（四）: 高熵合金FCC-CoCrCuFeNi的退火模拟

来源：时间：2022-11-02 16:03:54 浏览：2466次

我们前几期文章内容详细介绍了通过LAMMPS程序进行大量FCC-CoCrCuFeNi高熵合金建模与最稳定结构的筛选，并最终赛选出了我们所建1000个模型中能量最小也就是最稳定的结构。本章我们将继续通过LAMMPS程序对我们筛选出来的最稳定结构进行退火处理。

退火是一种对材料的热处理工艺，指的是将材料缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。其目的是降低材料的残余应力，减少变形与裂纹倾向，细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷，改善材料的力学性能，稳定结构尺寸等。有了材料退火处理的概念后，我们就可以通过设计LAMMPS脚本程序进行材料的退火处理了。我们对FCC-CoCrCuFeNi的退火模拟思路主要是，首先将材料以均匀的速率用100 ps从300 K升温至1000 K，然后在1000 K的温度下平衡100 ps，随后以均匀的速率用100 ps从1000 K降温至300 K，随后通过共轭梯度下降法做静力学结构优化得到退火后的结构。

我们的LAMMPS脚本程序设计如下：

units metal

boundary p p p

atom_style atomic

timestep 0.001

#读入之前筛选出的最优结构

read_data FeNiCrCoCu_620.data

#设置原子质量

mass 1 55.8 #Fe

mass 2 58.7 #Ni

mass 3 52 #Cr

mass 4 59 #Co

mass 5 63 #Cu

#设置势函数

pair_style eam/alloy

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

#温度&能量计算及热力学输出和系综设置

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

#对退火后的结构进行静力学能量最小化

min_style cg

minimize 1.0e-6 1.0e-7 10000 10000

run 0

undump 1

#输出退火后优化的结构

write_data FeNiCrCoCu.data

图1为我们模拟过程中温度随时间的变化曲线，可以看到我们的模拟过程中温度随时间的变化是符合退火基本概念的。

图1 FCC-CoCrCuFeNi高熵合金退火过程中温度随时间的演化曲线

此外，在对筛选出的结构进行进一步退火处理，并通过静力学结构优化后，我们得出的结构如图2所示。

图2 经退火与结构优化后的FCC-CoCrCuFeNi高熵合金晶体构型

由于FCC-CoCrCuFeNi高熵合金被认为是潜在的工程结构材料[1]，接下来我们将对退火前后的结构进行压缩模拟，对比退火前后FCC-CoCrCuFeNi高熵合金的力学性能变化，敬请各位读者关注我们的更新。

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