共格沉淀相粗化行为的计算机模拟研究

将微观弹性应变能理论和微观扩散方程相耦合，建立起时效过程微观晶格动力学模型。对溶质浓度为14at％的二元立方点阵模型合金的共格沉淀粗化行为进行模拟。研究发现：该合金沉淀机制以形核长大为主，兼有失稳分解特征；由于共格失配，沉淀相为片状，趋于沿弹性软化方向排列。其粗化作为伴随过程进行，位于软方向上的颗粒继续长大和粗化，位于软方向外的颗粒逐渐消失；而位于同一行或列上的颗粒则遵循：小颗粒溶解，大颗粒长大。     

包含共格畸变的立方合金沉淀机制的计算机模拟

利用包含共格畸变能的微观扩散方程对立方合金的沉淀过程进行计算机模拟。结果表明：共格畸变阻碍了过渡区合金沉淀过程的进行，随共格畸变能的增大，沉淀相分布的取向性越来越明显，由原来离散分布的等轴粒子状向椭片状转变。靠近高浓度合金的过渡区合金，随共格畸变能的增大，其沉淀机制由非经典形核长大和大稳分解的混合特征逐渐向非经典形核长大型的沉淀特征转变。     

MICROSCOPIC PHASE-FIELD SIMULATION COUPLED WITH ELASTIC STRAIN ENERGY FOR γ′(Ni3Al) PRICIPITATION IN Ni-Al ALLOY

基于微观相场动力学模型和微观弹性能理论,对Ni-Al合金中沉淀相Ni3Al(γ′)形貌演化、早期沉淀机制和后期粗化过程进行了原子层面的计算机模拟.结果表明:沉淀过程中γ′相形貌由早期随机分布的圆形或不规则状逐渐向方形转变,其排列的取向性也越来越明显,最后形成周边圆滑的长方块状颗粒,沿[10]和[01]弹性"软"方向规则排列.弹性应变能作用下的粗化过程遵循优先选择的原则,位于弹性"软"方向上的颗粒不断长大和粗化,位于弹性"软"方向外的颗粒逐渐消失,沉淀后期在基体中形成高度择优取向的微观组织.低浓度Ni-Al合金中γ′相的早期沉淀机制为非经典形核长大机制,其演化序列为:过饱和固溶体→非化学计量比有序相→化学计量比平衡γ′相→长大.     

镍基合金粗化过程中共格沉淀相的形貌演变

基于微观相场模型,研究了镍基合金粗化过程中沉淀颗粒在弹性应变能作用下的微观组织变化。结果表明,镍基合金在粗化过程中,弹性应变能的大小通过改变颗粒中心沿[10]方向和[11]方向的溶质浓度分布,影响共格沉淀相的形貌变化。     

相场法研究弹性畸变能对Ni-Al合金有序化过程的影响

采用微观弹性相场动力学模型,研究由共格错配产生的弹性畸变能对Ni-Al合金沉淀过程中γ′(Ni3Al)相有序化过程的影响。模拟结果表明,对于不同的沉淀机制,如非经典形核、非经典形核与失稳分解的混合机制及失稳有序化,弹性畸变能均阻碍Al原子在β格点的占位,从而阻碍有序化过程的进行。同一时间步长下,考虑弹性畸变能的合金,其γ′相内浓度和长程序参数曲线的高度和宽度均小于忽略弹性畸变能的合金,曲线分布更加弥散。弹性畸变能改变了γ′相的空间排列及微观形貌,最终形成沿弹性"软方向"择优排列的共格微观组织。     

界面错配应力对铝合金粗化机制影响的微观相场模拟

采用微观相场法研究铝基合金中界面错配应力对沉淀相粗化过程的影响.结果表明:界面错配应力为零时,粗化机制符合经典LSW机制;错配应力较大时,粗化机制是位向控制粗化机制,沉淀相颗粒沿弹性"软"方向规则分布;中等界面错配应力时,粗化机制为兼具位向控制和LSW机制的混合机制;界面错配应力促进沉淀相延弹性软方向生长;沉淀相的粗化过程和长大过程交叠进行.     

D022型Ni3(V,Al)相沉淀过程中应力取向效应的微观相场模拟

应用耦合共格弹性畸变的微观弹性相场法研究D022型Ni3(V,Al)相沉淀过程中的应力取向效应。结果表明,在弹性内应力作用下,D022沉淀相表现出明显的位向性:相颗粒倾向于沿应力软方向[100]生长而在[001]方向受抑制,即生长方向与长轴[001]方向垂直,D022相最终沉淀形貌呈"层"状;沉淀过程中三类D022相变体相互协调以减小共格畸变能,最终D022-variant Ⅲ消失,存留的两类中D022-variant Ⅰ体积比占优。     

共格沉淀析出过程的微观结构演化相场法模拟

采用微观相场模型,对共格沉淀析出过程微观结构的演化进行计算机模拟,并探讨不同作用程度的弹性应变能对沉淀相形貌的影响规律。研究发现:当共格弹性应变能为零时,沉淀相为球状弥散分布的颗粒或"海绵状"结构,呈各向同性特征;随应变能作用的增强,沉淀相分布的取向性越来越明显,趋于沿弹性"软"方向分布,形成类方格阵、纵横层状结构等,呈各向异性特征。模拟结果和相关实验结果一致。     

镍基合金粗化过程共格沉淀相形貌不稳定性的相场研究

基于微观相场动力学模型,对应变诱发镍基合金粗化过程共格沉淀相的形貌不稳定性及其发展规律进行了研究。结果表明,应变能作用下,粗化过程中沉淀颗粒界面曲率发生变化,通过沿[10]方向尺寸减小与[11]方向尺寸增大,转变为方形。低应变能作用下,沉淀颗粒形貌由圆形转变为周边圆滑,边长向外凸的方形颗粒;中等应变能作用下,沉淀颗粒形貌由圆形变为边长向内凹的方形;高应变能作用下,圆形沉淀颗粒先转变为方形,再从方形颗粒中心"分裂"为2个长条状颗粒,进一步转变为双透镜形状。     

冷轧医用b钛合金显微组织和力学性能演变规律研究

基于微观相场动力学模型,对应变诱发镍基合金粗化过程共格沉淀相的形貌不稳定性及其发展规律进行了研究.结果表明,应变能作用下,粗化过程中沉淀颗粒界面曲率发生变化,通过沿[10]方向尺寸减小与[11]方向尺寸增大,转变为方形.低应变能作用下,沉淀颗粒形貌由圆形转变为周边圆滑,边长向外凸的方形颗粒;中等应变能作用下,沉淀颗粒形貌由圆形变为边长向内凹的方形;高应变能作用下,圆形沉淀颗粒先转变为方形,再从方形颗粒中心“分裂”为2个长条状颗粒,进一步转变为双透镜形状.     

相场法模拟弹性应变能对Ti-Al-Nb合金α2→O相变粗化动力学的影响

采用相场方法模拟了Ti-Al-Nb合金α₂→O相转变,探讨了有无外力场作用下弹性应变能对O相颗粒形貌、取向、数目、体积分数及平均尺寸的影响.结果表明:在弹性应变能作用下,颗粒形貌为长方块状,且沿弹性软方向分布;无外力场时,弹性应变能越大,沉淀相越易形核,稳定时颗粒数目越多,体积分数及平均尺寸越小;在外力场作用下,取向有利的变体优先长大,取向不利的变体长大受到抑制;在较小压应力作用下,沉淀相易于形核,稳定时颗粒数目增多,体积分数减小;在拉应力或较大压应力作用下,应力越大,越难于形核,稳定时颗粒数目越少,体积分数越大.     

相场法模拟弹性应变能对Ti-Al-Nb合金α2→O相变粗化动力学的影响

采用相场方法模拟了Ti-Al-Nb合金α2→O相转变,探讨了有无外力场作用下弹性应变能对O相颗粒形貌、取向、数目、体积分数及平均尺寸的影响.结果表明:在弹性应变能作用下,颗粒形貌为长方块状,且沿弹性软方向分布;无外力场时,弹性应变能越大,沉淀相越易形核,稳定时颗粒数目越多,体积分数及平均尺寸越小;在外力场作用下,取向有利的变体优先长大,取向不利的变体长大受到抑制;在较小压应力作用下,沉淀相易于形核,稳定时颗粒数目增多,体积分数减小;在拉应力或较大压应力作用下,应力越大,越难于形核,稳定时颗粒数目越少,体积分数越大.     

Microscopic phase-field simulation coupled with elastic strain energy for precipitation process of Ni-Cr-Al alloys with low Al content

The precipitation process of Ni-Cr-Al alloy with low Al content was studied at atomic scale based on the microscopicphase-field kinetic model coupled with elastic strain energy.The aim is to investigate the effect of elastic strain energy onprecipitation mechanism and morphological evolution of the alloy.The simulation results show that in the early stage of precipitation,D022 phase and L12 phase present irregular shape,and they randomly distribute in the matrix.With the progress of aging,L12 phaseand D022 phase change into the quadrate shape and their orientations become more obvious.In the later stage,L12 phase and D022phase present quadrate shape with round corner and align along the[100]and[010]directions,and highly preferential selectedmicrostructure is formed.The mechanism of early precipitation of L12 phase in Ni-17%Cr-7.5%Al(mole fraction)alloy is the mixedstyle of non-classical nucleation growth and spinodal decomposition and the D022 phase is the spinodal decomposition.Themechanisms of early precipitation of L12 phase and D022 phase in Ni-12.5%Cr-7.5%Al alloy are both the non-classical nucleationand growth.The coarsening process follows the rule of preferential selected coarsening.     

Retarded coarsening phenomenon of γ′ particles in Ni-based alloy

An anomalous coarsening behavior has been observed after aging an alloy Ni-14.5 at .%Al-5.9 at. % Mo at 1453 K. It was found that the initial cubic γ′ (ordered Ll₂ Ni₃Al phase) particles began to split into smaller ones after short aging (t < 3 min). After continued aging, the particles agglomerated into large groups of many particles, and the distribution of the particles became non-uniform. The kinetics of coarsening did not obey the typical linear dependence between the cube of the particle size and aging time. Instead, a retardation of the coarsening process was found. Convergent beam electron diffraction (CBED) was applied to measure the distribution of the lattice strains around particles. The result indicated that there was an inhomogeneous distribution of lattice strain in the matrix around the coherent particles.     

等温热处理对AZ91D+Ce镁合金半固态组织的影响

研究了等温热处理对AZ91D+Ce镁合金半固态组织的影响,获得了较理想的球状或类球状晶粒组织。结果表明,在等温热处理的过程中,加入稀土Ce会阻碍原子向固相粒子聚集和结合,抑制固相颗粒的长大,形成细小圆整的半固态组织。随等温热处理温度的升高,原子活动能力增强,熔化速度加快,液相量增加,固相颗粒尺寸先减小后增大。在等温初始阶段,熔化对初生固相颗粒尺寸起决定作用,使得颗粒尺寸减小。但是,随等温时间的进一步增加,由于合并粗化和Ostwald熟化的作用,固相颗粒开始长大。     

Zr-Sn-Nb-Fe合金的第二相颗粒粗化行为

采用SEM-SE及定量金相分析技术研究了不同成品退火温度(450～550 ℃,2 h)的两种Zr-Sn-Nb-Fe合金包壳管第二相颗粒的粗化行为。结果表明,升高温度能促进第二相分布均匀化及尺寸粗化的过程。根据粗化二次动力学方程计算得出Zr-0.3Sn-1.2Nb-0.2Fe合金的第二相颗粒粗化激活能为209 kJ/mol,Zr-0.5Sn-0.2Nb-0.8Fe合金的第二相颗粒粗化激活能为179 kJ/mol。粗化激活能的大小与锆合金中Nb含量的高低存在对应关系。     

The effect of rare earth elements on the kinetics of the isothermal coarsening of the globular solid phase in semisolid AZ91 alloy produced via SIMA process

In the present study, the effects of rare earth (RE) elements on the microstructure and coarsening kinetics of the solid globular particle in the semisolid slurry of AZ91 magnesium alloy have been studied at 570 °C and 580 °C. The results showed that the coarsening kinetics of the solid globular particles in semisolid slurry of AZ91 alloy satisfies the Ostwald ripening theory. It was shown that the coarsening rate of the solid particles decreases by adding RE elements into AZ91 alloy, specially at 580 °C, which results in the smaller particles size. It was attributed to the solid–liquid interfacial energy reduction due to the addition of RE elements.