Ni75AlxV25-x合金中有序畴界结构对界面迁移特征和溶质偏聚的影响（英文）

基于微观相场模型,通过分析Ni75AlxV25-x合金在沉淀过程中D022(Ni3V)相沿[001]方向形成的有序畴界面的界面结构、界面迁移及界面成分,研究界面结构对界面迁移特征和溶质偏聚的影响。研究表明:D022相沿[100]方向形成4种有序畴界,界面的迁移性与界面结构有关,除具有L12相的局部特征的界面(001)//(002)之外,其余3种界面都可以迁移;在界面的迁移过程中,V原子跃迁至最近邻的Ni位置并置换Ni原子,反之亦然,即处在最近邻的Ni原子和V原子发生位置交换而导致界面迁移;在迁移过程中,原子的跃迁行为具有位置选择性,每种可迁移界面都按照特定的原子跃迁模式进行迁移;原子在跃迁过程中选择最优化的路径使得界面发生迁移,原子跃迁过程中的位置选择性使得界面在迁移前、后的结构保持不变;合金元素在界面处具有不同的贫化和偏聚倾向,在所有的界面处,Ni偏聚而V贫化,Al在界面(001)//(001)·1/2[100]处贫化在其他界面处偏聚;同种合金元素在不同界面处的偏聚和贫化程度不同。     

Ni-Al-V合金中异相界面成分及其演化的微观相场模拟

基于微观相场模型模拟Ni-Al-V合金沉淀过程,研究合金中有序无序界面和异相间有序畴界的成分及其演化。研究表明,合金元素的偏聚和贫化与界面类型有关。在DO22相与无序相间的有序无序界面处,Ni和Al偏聚,V贫化;在L12相与无序相间的有序无序界面处,Ni和Al贫化,V偏聚;在异相间有序畴界处,V在界面的DO22相一侧贫化,在界面的L12相一侧偏聚;Al则在界面的DO22相一侧偏聚,在界面的L12相一侧贫化。Ni的成分分布与界面的形成方式有关。随着时间的进行,界面处合金元素的成分分布变得更加明锐,但合金元素的偏聚和贫化倾向不变。     

L12相间有序畴界成分的微观相场研究

利用微观相场模型研究了有序畴界结构、合金成分和弹性应变能对Ni75AlxV25-x合金中L12-Ni3Al相间有序畴界成分的影响规律。结果表明:L12相间形成的3种有序畴界中,在(100)//(200)·[001]处,Ni的贫化程度最小,Al的贫化程度最大,V的偏聚程度最大;在(200)//(200)处,Ni的贫化程度最大,Al的贫化程度最小,V的偏聚程度最小。随着合金中Al浓度的增加,3种有序畴界处Ni的浓度降低,Al的浓度升高,V的浓度降低。弹性应变能使得L12相间3种有序畴界处Ni和Al的浓度升高,V浓度降低。但弹性应变能对(200)//(200)·[001]和(100)//(200)·[001]成分的影响较大,对(200)//(200)成分的影响则相对较小。     

Ni-Al-V合金L12相间有序畴界面的微观相场模拟

利用微观相场动力学模型模拟Ni-Al-V合金沉淀过程中L12(Ni3Al)相间有序畴界面,对界面结构及其界面处原子的行为进行了研究.结果表明:L12相间存在3种稳定的平移界面以及2种过渡界面;界面的迁移性与界面结构有关,一个L12相的(100)和另一个L12相的(200)对应且有两个Ni原子面的界面以及(100)和(100)对应且有两个Ni原子面的稳定界面可以迁移,迁移前后界面结构保持不变,迁移的过程中形成过渡界面;而(100)和(200)对应且有一个Ni原子面的稳定界面则不可迁移.合金元素在不同的界面处有不同的偏聚和贫化倾向,Al原子在所有界面处贫化,V原子在所有界面处偏聚,Ni原子在可迁移界面处贫化,而在不可迁移界面处偏聚,且各元素在不同的界面处偏聚以及贫化程度不同.     

应力时效对L1_2间反相畴界成分影响的微观相场模拟

基于微观相场模型研究了应力时效对Ni75Al15V10合金中L12-Ni3Al相间反相畴界成分的影响规律。研究表明,L12相间存在3种反相畴界,其中(200)//(200)·[001]和(100)//(200)·[001]与已有文献中实验发现的L12-Ni3Fe相间反相畴界结构一致;在3种反相畴界处,Ni、Al贫化,V偏聚,应力时效使得L12相间3种反相畴界处Ni和Al的浓度升高,V浓度降低;应力时效对(200)//(200)·[001]和(100)//(200)·[001]成分的影响较大,对(200)//(200)成分的影响则相对较小;相同反相畴界处,应力时效对不同合金元素浓度的改变也不同。     

Ni75AlxV25-x合金中异相界面成分演化的微观相场模拟

采用微观相场模型研究界面原子结构和相变方向对Ni75AlxV25-x合金中异相间有序畴界和有序/无序相界成分演化的影响。结果表明:在异相间有序畴界处,V在有序畴界的DO22相一侧贫化,在有序畴界的L12相一侧偏聚;Al则在有序畴界的DO22相一侧偏聚,在有序畴界的L12相一侧贫化。Ni在异相间可迁移有序畴界处的成分受相变方向和界面结构的影响。在DO22相与无序相之间形成的相界处,Al和Ni偏聚,V则贫化;在L12相与无序相之间形成的相界处,Al和Ni贫化,V则偏聚。由于溶质拖拽效应,合金元素在有序畴界处的偏聚和贫化倾向不随有序畴界迁移改变,但程度变化。     

Ni_(75)Al_xV_(25-x)合金DO_(22)到L1_2相变过程异相界面的结构及其迁移特征

本文基于微观相场模型模拟了Ni75AlxV25-x(x=4.2,5..)合金中DO22(Ni3V)到L12(Ni3Al)相变过程.结合微观组织原子图像演化和界面处原子占位几率演化,研究了异相间有序畴界的结构及其迁移特征,提出了DO22到L12相变过程的机制.研究表明,L12与DO22相间存在5种界面,DO22到L12相变过程中,除了界面(002)D//(001)L之外,其他4种界面都可以迁移;在界面迁移过程中,界面(100)D//(200)L和界面(100)D//(200)L·1/2[001]在迁移前后,界面结构保持不变,而界面(002)D//(002)L·1/2[100]迁移后形成界面(002)D//(002)L,两者交替出现;相变过程中,界面迁移总是沿着最优化的路径进行原子跃迁和替换,遵循跃迁原子数目最少、跃迁路径最短原则.     

Ni75AlxV25-x合金中反相畴界有序无序化的微观相场模拟

基于微观相场模型研究了Ni75AlxV25-x合金中L12-Ni3Al相间反相畴界和DO22-Ni3V相间反相畴界的有序无序化过程.结果表明,伴随着Ⅴ的富集,Al和Ni的贫化,L12相间反相畴界(200) L//(200)L·1/2[001]L和(200)L//(200)L均发生有序无序化;DO22相间反相畴界是否发生有序无序化与界面结构有关,伴随着Ni和Al的富集,Ⅴ的贫化,DO22相间反相畴界(001)D//(002)D处发生有序无序化,而反相畴界[100]D·1/2[100]D始终保持有序,且成分演化与(001)D//(002)D处完全相反.有序无序化过程中的反相畴界处的成分演化有利于第二相在界面处形核.反相畴界处无序相的长大伴随着部分晶粒的长大和部分晶粒的消失,反相畴界有序无序化可以视为晶粒粗化阶段的伴随过程.     

Microscopic Phase-Field Simulation of the Structure Transformation from DO22 to L10(M=1) Phase in Ni64Al21V15 Alloy

基于微观相场模型,研究了Ni64Al21V15合金在1150K时效过程中相结构演化。结合微观组织演化图像和各个格点上原子占位几率的演化,分析了DO22结构向L10(M=1)结构转变机制。合金沉淀中期,在相界处析出L10(M=1)结构。研究发现,L10(M=1)结构形成可分为3类:在DO22与L12相界处形核,沿[001]方向排列,向DO22相扩张;在DO22结构90°有序畴界处形核,沿[001]方向排列,向DO22扩张;在2个[100]向排列的DO22结构交界处形核,沿[100]方向排列,向DO22结构扩张。DO22相中,V主要占据β位,Ni主要占据α2和α3位,Al主要占据α1位;随后,V向α2位跃迁,在(002)面富聚且发生有序化,逐渐占据β和α2位,Ni原子发生面间跃迁,由α2位跃迁至α1位,逐渐占据α1和α3位,Al原子向相外扩散。DO22结构最终转变为高度有序的L10(M=1)结构。     

Ni_(75)Al_(6.5)V_(18.5)合金沉淀过程界面演化的微观相场模拟

采用微观相场动力学模型,模拟了Ni_(75)Al_(6.5)V_(18.5)合金的早期沉淀过程。通过分析原子演化图像、原子的占位几率,探讨了沉淀机制及一些非平衡现象。结果表明,可迁移界面均具有特定的原子跃迁模式,且原子跃迁呈现一定的规律。其中,异相界面(100)D∥(200)L和(100)D∥(200)L·1/2[001]在迁移前后,均保持原来的界面结构不变,而(200)D∥(100)L·1/2[100]迁移后形成(200)D∥(100)L,且这两种界面交替出现;L12相向DO22相的转变是异相界面迁移诱导的过程:两相界面处的Ni原子选择最优路径跃迁至最近邻的Al格点上,V原子则迁移向DO22畴内部,Al则向外迁移至两相界面处。异相界面迁移以原子跃迁和替换模式进行,遵循阻力最小和行程最短的规律,即L12相向DO22相的转变过程表现出热力学和动力学最优化的特点。     

Microscopic phase-field simulation of ordered domain interfaces formed between DO22 phases along [100] direction

Ordered domain interfaces formed between DO22 (Ni3V) phases along [100] direction during the precipitation process of Ni75AlxV25-x alloys were simulated by using the microscopic phase-field model. The atomic structure, migration process, and compositions of interfaces were investigated. It is found that there are four kinds of stable ordered domain interfaces formed between DO22 phases along [100] direction and all of them can migrate. During the migration of interfaces, the jump of atoms shows site selectivity behaviors and each stable interface forms a distinctive transition interface. The atom jump selects the optimist way to induce the migration of interface, and the atomic structures of interfaces retain the same before and after the migration. The alloy elements have different preferences of segregation or depletion at different interfaces. At all the four kinds of interfaces, Ni and Al segregate but V depletes. The degrees of segregation and depletion are also different at different interfaces.     

有序畴界原子结构及其迁移特征的微观相场研究

利用微观相场模型研究了DO22 (Ni3V) 相间有序畴界原子层次的结构及其迁移特征。研究表明：界面的迁移性与界面结构有关。界面的迁移过程中,V原子跃迁至最近邻的Ni格点处并与之交换,原子的跃迁行为具有位置选择性。原子跃迁行为的位置选择性使得界面迁移前后界面结构保持不变。界面迁移过程及其特征可以用过渡界面来表征,每一种可迁移界面都按照自有的原子跃迁模式进行迁移,并且在迁移的过程中只形成一种独特的过渡界面,界面迁移过程中的原子跃迁模式是诱导界面迁移的热力学和动力学最优化路径。     

微观相场法研究镍基合金相变时的成分演化及界面定向迁移机制

基于耦合外应力场下的微观相场模型,研究了Ni_(75)Al_(7.5)V_(17.5)三元合金相变过程中相分解、生长过程中合金成分演化及应力作用下相间界面的定向迁移规律。研究表明:早期DO_(22)相长大所需的V来自于在L1_2相间有序畴界处,而后期则来自于其内部,且早期DO_(22)相长大的速度高于后期的长大速度;时效过程有5种异相间界面形成,而A类界面的迁移为相迁移的主要类型;相变初期A、B类界面较少,合金形貌变化不大,随着相变的进行,A类界面数量增加,相的生长及分解过程加剧,导致后期A类界面减少、B类界面增多,合金体系达到平衡状态;在压应力作用下,A类界面沿应力方向迁移,促进了DO_(22)相在此方向上的生长,导致合金"筏状"组织的形成。     

Microscopic phase-field simulation for precipitation behavior of Ni-Al-Cr alloy during two-step aging

Based on the microscopic phase-field model, the pre-aging temperature effects on the precipitation mechanism and microstructure evolution during two-step aging for Ni75A19Cr16 alloy were simulated. The results show that the early precipitation mechanism of Ll2 phase is the mixed mechanism of spinodal decomposition and non-classical nucleation growth, whereas the early precipitation mechanism of DOzz phase is spinodal decomposition when the pre-aging temperature is 873 K. The early precipitation mechanism of LIz phase is non-classical nucleation growth, whereas the early precipitation mechanism of DOzz phase is spinodal decomposition when the pre-aging temperature is 973 K. Under the effects of elastic strain energy, the cubic particles exhibit directional alignment along [ 100] and [010] directions during the late precipitation, which is more obvious at lower pre-temperature. DOzz phases appear earlier than Llz phases under these two kinds of precipitation processes; and the nucleation incubation time becomes long with the increase of pre-temperature.     

微观相场法研究沉淀早期两相竞争对筏化的影响

基于微观相场动力学模型,研究沉淀早期不同成分Ni-Al-V合金时效时有序相的生长和组织生长方向的变化。结果表明:沉淀早期有序相间的竞争生长会很大程度地影响合金的形貌及生长方向。在一定的温度、应力场作用下,Al含量较低时,DO22有序相先析出,DO22相颗粒数量较多、尺寸较小,有序相的筏化不明显,合金整体上无显著的筏化现象;Al含量稍高时,L12相先析出,DO22相颗粒数量较少、尺寸较大,组织在[010]方向上发生一定程度的择优生长;Al含量较高时,L12相先析出,DO22相颗粒数量继续减少、尺寸继续增大,组织在[100]方向上显示出较强的筏化趋势;较低温度时效的合金L12有序相析出提前,组织的筏化趋势较弱。     

[111]取向镍基单晶合金在蠕变期间组织演化的有限元分析

采用弹塑性应力-应变有限元方法计算了[111]取向镍基单晶合金中γ/γ′两相共格界面的von Mises应力及应变能密度分布,研究了施加拉应力对γ/γ′两相界面von Mises应力分布及γ′相定向粗化规律的影响.结果表明:[111]取向镍基单晶合金经热处理后,组织结构是立方γ′相以共格方式嵌镶在γ基体相中,沿(100)方向规则排列.当沿[111]取向施加拉应力蠕变期间,与近(010)γ′晶面的基体通道相比,近(001)γ′和(100)γ′晶面的基体通道有较大的von Mises应力,在主应力分量的作用下,(100)和(001)晶面分别沿[001],[010]和[010],[100]方向发生较大的晶格扩张应变,可诱捕较大半径的Al和Ti原子,这是促使γ′相在(010)面沿[001]和[100]方向定向生长成为层片结构的筛网状筏形组织的主要原因.     

热力耦合作用下镍基合金生长取向的微观相场研究

基于耦合外应力及交变温度场的微观相场动力学模型,以镍基合金为对象,研究了在沉淀过程中结构相的生长取向及合金元素分配。结果表明:交变温度场不能改变合金的生长取向及结构相的析出顺序。交变温度场条件下,合金Al含量较高时,L1_2相先析出;V含量较高时,DO_(22)相先析出;拉应力作用时,L1_2及DO_(22)结构相垂直于应力方向生长。[001]方向拉应力下、L1_2相先析出时,DO_(22)相在[100]取向上的生长受到促进;当在[100]方向拉应力下、DO_(22)相先析出时,L1_2相在[001]取向上的生长受到促进。随着交变高温温度的降低,L1_2相体积分数随温度的波动幅度显著降低而DO_(22)相的变化则相对较小。