交变温度场下Ni75AlxV25-x合金筏化的微观相场模拟

基于三元体系的微观相场动力学模型,研究了交变温度场下Ni75AlxV25-x合金组织的筏化现象以及温度、成分改变时各相体积分数的变化。结果表明：交变温度下DO22有序相具有显著筏化趋势;Al含量较高时,L12有序相在弹性软方向上具有明显的筏化现象;当交变高温温度一定时,与恒定温度场时效后的合金相比,L12有序相的体积分数平衡值稍高,随着时效的进行和交变高温温度的升高,L12有序相的体积分数平衡值呈现缓慢升高的趋势     

Ni75AlxV25-x合金沉淀相粗化行为的微观相场模拟

基于共格应变的微观弹性理论和微观相场动力学模型,模拟了Ni75AlxV25-x合金沉淀过程的组织演化和粗化行为．结果表明：两种沉淀相颗粒在粗化阶段均表现出明显的取向性．θ相（Ni3V）沿[100]方向的生长趋势明显超过[001]方向,γ’相（Ni3Al）沿（001）方向排列．二相析出顺序与Al含量有关,先析出相的长大和粗化两个阶段比较分明,后析出相的长大和粗化过程同时进行．两种有序相发生粗化以相邻颗粒碰撞并融合为较大颗粒的方式进行．不同浓度的合金两相析出先后顺序及体积分数不同,但最终形貌基本一致,两相均呈长方块状分布,并且具有（001）θ‖{100}γ＇的取向关系．     

Phase-field simulation of phase separation in Ni75AlxV25-x alloy with elastic stress

The phase separation in Ni75AlxV25-x alloys incorporated with the elastic stress was investigated using the microscopic phase-field model. The final morphology of γ＇ and 0 is similar in spatial alignment, but the volume fraction of γ＇ phase increases and that of 0 decreases as the AI concentration increases. For the small elastic interactions of early-stage phase separation, the coarsening of 7＇ and 0 can be approximated by a linear growth law as predicated by Lifshitz and Slyozov and Wangner （LSW） theory. As the elastic interactions increase at late-stage coarsening, the growth rate decreases, and the growth presents quick increase at early-stage and slows down at late-stage.     

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。     

Simulation of interphase boundary of Ni75AlxV25-x alloys using microscopic phase-field method

The evolution of ordered interphase boundary （IPB） of Ni75AlxV25-x alloys was simulated using the microscopic phase-field method. Based on the atomic occupation probability figure on 2D and order parameters, it was found that the IPB formed by different directions of θ phase has great effect on the precipitation of γ′ phase. The γ′ phase precipitated at the IPB that is formed by [100]θ direction where the （001）θ plane is opposite, and then grows up and the shape is strap at fmal. The IPB structure between γ′phase and θ phase is the same. There is no γ′ phase precipitate at the IPB where the （002）θ and （001）θ planes are opposite, the ordered IPB is dissolved into disordered area. There is γ′ phase precipitation at the IPB formed by the [001]θ and [100]θ directions, and the IPB structure is different between γ′ phase and the different directions of θ phase. The IPB where （001）γ′, and （100）θ plane opposite does not migrate during the γ′ phase growth, and γ′ phase grows along [100]θ direction.     

原子间相互作用能对Ni75AlxV25-x合金孕育期

基于微观相场动力学模型,研究原子间相互作用能对Ni_(75)Al_xV_(25-x)合金孕育期的影响.根据Khachaturyan所给的占位几率公式进一步得到了长程序参数的求值公式.结果表明,先析出相为DO_(22)时,Ni-Al最近邻原子间作用能V_(Ni-Al)增大,L1_2相的孕育期缩短,DO_(22)相的孕育期变化不明显;Ni-V最近邻原子间作用能V_(Ni-v)增大,L1_2相和DO_(22)相的孕育期均缩短.先析出相为L1_2相时,V_(Ni-Al)增大,L1_2相和DO_(22)相孕育期均缩短;V_(Ni-v)增大,L1_2相孕育期变化不明显,DO_(22)相的孕育期缩短.     

Ni75MnxAl25-x合金早期沉淀相的微观相场模拟

采用三元微观相场动力学模型研究Ni75MnxAl25-x合金早期沉淀相的形成过程。对合金微观组织演化图像、有序相体积分数曲线、序参数曲线及占位几率的分析表明:该合金首先析出L10结构,随后L10结构向L12结构转变,L12结构在L10结构的内部析出。随着Al浓度的增大,等成分有序化阶段缩短;且L10结构体积分数增大,发生结构转变的时间提前。Al和Mn原子在(001)和(002)面几乎同时有序排列,但是一定时间后(002)面原子开始贫化,发生结构转变,Al原子主要占据β位,Mn原子主要占据αⅡ位。合金最终析出单一的L12伪二元结构。     

相场法预测低铝合金Ni75AlxV25-x的早期沉淀过程

采用微观相场模型,通过分析原子图像、有序相内序参数分布及有序相体积分数随时间的变化,在原子尺度对低Al浓度Ni75AlxV25-x合金的早期沉淀动力学进行了计算机预测．研究发现该合金沉淀过程中,析出D022结构的θ(Ni3V)相和L12结构的γ‘(Ni3Al)相,二者构成伪二元系;θ相先于γ‘析出,θ相的沉淀机制为等成分有序化 失稳分解,γ‘在θ相的相界处非经典形核,二者均先形成非化学计量比有序相,之后向化学计量比有序相转变;随Al浓度增加,θ相析出变慢,所占比例减少,而γ’相反之,析出越来越早且所占比例增加。     

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。     

微观相场法研究高铝Ni75AlxV25-x中Ni3Al反位缺陷

采用微观相场法研究高Al浓度Ni75Akv25-x合金析出相Ni3Al的反位缺陷随Al浓度增高的变化规律.选取在1150 K温度下时效从8 at%Al至20 at%Al的共14个合金作为研究对象.研究结果显示:此类型合金主要反位缺陷类型是VAl、NiAl;随Al浓度增高,反位缺陷AlNi增高:而Ni Al、VAl、VNi 3种反位缺陷变化与Al浓度和Ni3V析出与否相关,Al浓度稍低时,有Ni3v相析出,Al浓度增高反位缺陷Ni Al降低,VHi升高,VAl没变化;Al浓度稍高时,无Ni3V相析出,Al浓度增高反位缺陷NiAl稍有降低,VNi、VAl明显降低.     

Microscopic phase-field study on aging behavior of Ni_(75)Al_(17)Zn_8 alloy

The precipitating kinetics of Ni75Al17Zn8 alloy was studied at both 873K and 973K by microscopic phase-field model.The calculation results show that the order-disorder transformation experiences the matrix→lowly-ordered L10 phase→L12 phase at 973 K.And the nucleation of L12 particles belongs to the spinodal decomposition mechanism.As temperature increases,orderings of Al and Zn atoms are resisted,but coarsening of L12 particles is promoted.The value of coarsening kinetic exponents approaches to 1/2.In addition,the discussions about Ni-Al anti-site defect and Zn substitutions for Ni site and Al site exhibit that the higher the temperature,the more distinctive the Ni-Al anti-site defect,but the less the Zn substitution.     

应变能对Ni_(75)Cr_(16.4)Al_(8.6)合金沉淀过程影响的微观相场研究

采用含应变能的微观相场法,模拟了应变能方式对Ni75Cr16.4Al8.6合金沉淀过程的影响.研究发现,无应变能状态,è相早期沉淀为等成分有序化加失稳分解机制,形成随机分布组织:固定应变能状态,è相早期沉淀为非经典形核长大机制,沿[101]方向长大,逐步转向弹性"软"方向[001],形成高度择优取向组织:渐变应变能状态,è相的早期沉淀机制与无应变能状态类似,组织演化规律接近固定应变能状态.     

Ni75Al5.5V19.5合金沉淀行为的微观相场模拟

利用微观相场方法模拟了Ni75Al5.5V19.5合金两种有序相D022和L12随温度变化时的不同沉淀过程.发现过冷度在相变驱动力中处于主导地位.高温下D022相首先析出,之后L1 2相在D022相和无序相的界面以及D022相形成的界面处析出,L1 2相长大时同时向无序基体和D022相推移;低温下L1 2相先析出,D022相在L1 2相的界面处形核长大,同时L1 2相通过失稳分解由非化学计量相向平衡相转变,其尺寸减小.该合金最终两相体积分数同时达到平衡并基本相等.随温度降低,L1 2相由高温时的非经典形核与失稳分解的混合机制向低温时的失稳分解转变;D022相的沉淀机制由非经典形核与失稳分解的混合机制向低温时的非经典形核转变.     

Ni75Cr16.4Al8.6合金粗化过程标度行为的微观相场研究

基于微观相场模型,研究Ni75Cr16.4Al8.6的粗化后期演化过程。结果表明：L12相和DO22相的标度函数曲线图表明合金沉淀在粗化阶段均表现出标度行为,不加应变能时DO22相结构函数因子和标度函数峰值均大于L12相;加入应变能后,两相的结构函数因子和标度函数的峰值均变小,反映了应变能对两相沉淀粗化过程的阻碍影响;相对于L12相,DO22相减小幅度更大,L12相结构函数因子和标度函数峰值大于DO22相,应变能对DO22相的阻碍作用更大。     

四近邻对势对Ni75Al5V20合金沉淀机制影响的 微观相场模拟

利用微观相场动力学模型,研究了4近邻对势对Ni75Al5V20合金沉淀机制的影响.结果表明,不改变4近邻对势,DO22相和Ll2相沉淀机制均为失稳分解与非经典形核混合型机制.随Ni-Al4近邻对势V4Ni-Al向负值方向绝对值增大,Ll2相沉淀机制转变为失稳分解.随Ni-V4近邻对势V4Ni-V增大,DO22相沉淀机制转变为失稳分解,Ll2相转变为非经典形核机制,Ll2相中的Al浓度平衡值增大.随Al-V 4近邻对势V4Al-V向负值方向绝对值增大,对沉淀机制的影响趋势与V4Al-V增大类似;随V4Al-V向正值方向增大,与V4Al-V减小的影响类似.     

应变能对Ni75Al15V10合金预析出相影响的微观相场研究

采用微观相场方法,以Ni75Al15V10合金为例研究了应变能对预析出相的影响。研究发现：合金沉淀早期的应变能影响预析出相L10的析出。无应变能作用时,体系中没有预析出相L10相出现;应变能越大,L10预析出相的孕育期越短,析出量增加,稳定存在时间越长,且体系所析出的L10相的结构特征越明显。应变能较小时,无序基体有些区域先析出L10相,随后所析出的L10相转变为L12相,而在有些区域却直接析出L12相;当应变能较大时,基体大范围先析出L10相,随后部分L10预析出相溶解,只有未溶解部分最终能转变为L12相。     

时效温度对Ni-Al-V合金筏化影响的微观相场模拟

基于微观相场动力学模型,以Ni<,75>Al<,25-x>V<,x>合金为对象,研究时效温度变化对沉淀相竞争生长机制及筏状组织形成的影响.结果表明:相的生长和粗化存在各向异性和竞争机制;当具有生长各相异性的DO<,22>相数量较少、尺寸较大时,易形成单一方向排布的组织,从而促使具有生长各向同性的L12相也沿着特定的方向生长,最终形成具有高度择向生长的"筏状"组织,且随着时效温度的降低,沉淀相提前析出;若L12相先析出,时效温度越低,DO<,22>相越多,组织筏化越不明显;若DO<,22>先析出,时效温度越低,DO<,22>相越少,组织筏状越显著.     

Ni75CrxAl25-x合金原子替代行为的微观相场模拟

利用微观相场动力学模型模拟研究873K时Ni75CrxAl25-x合金中Cr原子的替代规律。在合金沉淀过程中,Cr原子部分替代Al原子格点形成L12结构的γ’相(Ni3Al1-xCrx)。Cr原子在L12相内的占位几率极限值较小,当Cr含量超过3%时,L12相内Cr原子的浓度接近饱和值。在L12相的有序畴界处,Cr原子完全取代Al原子位置,形成稳定的Ni3Cr相(D022结构)。该合金最终沉淀产物为Ni3Al-Ni3Cr混合相。     

Ni75CrxAl25-x合金原子替代行为的微观相场模拟

利用微观相场动力学模型模拟研究873 K时Ni75CrxAl25-x合金中Cr原子的替代规律。在合金沉淀过程中,Cr原子部分替代Al原子格点形成L12结构的γ′相（Ni3Al1-xCrx）。Cr原子在L12相内的占位几率极限值较小,当Cr含量超过3%时,L12相内Cr原子的浓度接近饱和值。在L12相的有序畴界处,Cr原子完全取代Al原子位置,形成稳定的Ni3Cr相（D022结构）。该合金最终沉淀产物为Ni3Al-Ni3Cr混合相。