共格沉淀析出过程的模拟Ⅰ--微观结构演化

采用相场模型对共格沉淀析出过程微观结构演化进行模拟研究.模拟结果表明,应力场的存在将会对相变过程中析出相形态产生显著的影响,通过界面能与弹性应变能的相互竞争析出相在不同阶段呈现不同的形态如模量结构、网格结构、三明治多畴结构、沉淀宏观点阵结构以及板条状等;此外,点阵错配度中等(2%～4%)时,粒子的粗化过程将出现应力诱导反向粗化现象,这种粗化现象取决于粒子的点阵错配度与体积分数.     

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。     

外加应力对Al-Cu及Al-Cu-Mg-Ag合金析出相生长的影响

采用电阻法和透射电镜观察研究了应力对Al-3．88Cu(质量分数，％，下同)和Al-3．87Cu-0．56Mg-0．56Ag合金时效析出相的影响，结果表明：外加应力促进原子团簇或GP区的形成但延缓θ‘和Ω相的析出与长大；Al-Cu-Mg-Ag合金时效动力学过程存在一个调整微观结构演化的临界应力值，在大于该值的应力作用下将有助于原子团簇或GP区的析出；Al-Cu合金和Al-Cu-Mg-Ag合金时效过程中引入外加应力导致沉淀相择优取向；采用Eshelby弹性夹杂物理论计算外加应力与错配应力场间的相互作用可分析产生应力位向效应的原因．     

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。     

外加应力对Al-Cu-Mg-Ag合金时效析出行为的影响

采用维氏硬度、光学显微镜、双臂电桥电阻及透射电子显微镜等手段,研究普通时效与应力时效时,外加应力对Al-Cu-Mg-Ag合金时效析出行为的影响。结果表明:外加应力会降低Al-Cu-Mg-Ag合金的时效硬化速率,减小峰值硬度和延长欠时效时间;外加应力能够促进Al-Cu-Mg-Ag合金中θ′相的析出,抑制Ω相的析出和长大;在外加应力的影响下,Ω相产生应力位向效应,且应力位向效应的产生主要在Ω相的形核阶段形成。     

共格沉淀析出过程的微观结构演化相场法模拟

用铜模吸铸法制备了Zr(65-x)Cu17.5Ni10Al7.5Fex(x=0,1,2,3,4,5,at％)块体合金,利用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、同步热分析(DSC)、万能试验机和扫描电镜(SEM)研究了Fe对Zr基合金的非晶形成能力、热稳定性及力学性能的影响.结果表明:适量添加Fe元素有利于提高该合金的非晶形成能力和热稳定性,当Fe含量为x=2时,其内部结构为完全非晶结构,并且此成分具有较高的GFA和热稳定性(△Tx=58 K).Fe元素的适量加入也有利于提高该合金的强度和塑性,其中x=2的块体非晶合金的抗压强度σf、断裂应变εf和塑性应变εp分别高达2338 MPa、12.4％和2.0％.     

Cr对Mg-Zn-Al-Cu合金沉淀析出过程的影响

通过SEM、X射线衍射等试验手段,研究了合金元素Cr对Mg-10Zn-2Al-1Cu镁合金显微组织及沉淀析出过程的影响。结果表明,Cr元素能细化试验合金的铸态组织,并能部分打断β-Mg17Al12网状组织,且三元相τ-Mg32(Al,Zn)49、AlMg4Zn11、CeCuAl3及颗粒状Al4Cu9相在晶内呈弥散析出,并形成新相CrSb2。试验合金的时效沉淀过程中显微组织的演变过程为:过饱和固溶体→溶质原子偏聚→呈蠕虫状聚集分布的有序相→过渡相→呈(短)杆状或粒状稳定相。合金元素Cr能加速时效初期原子偏聚和晶核形成速度,增加时效后期析出相的稳定性、抑制析出相的长大。     

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。     

应力场对相分解过程影响的计算机模拟研究（Ⅱ）——非对称成分及拐点以下的相分离模拟

采用扩散界面场模型对非对称成分点及拐点以下成分点同构两相分解过程中应力场（包括外场）对析出相的形态及动力学过程的影响作了比较系统的研究.模拟结果表明：对于各向异性系统在相分解过程中由于弹性应变能与界面能间的相互作用将会导致析出相在不同阶段呈现不同的形貌如网格结构、三明治多畴结构、沉淀宏观点阵结构以及板条状等;对于非均匀弹性模量系统在外加应力场作用下,沉淀相的析出过程发生重大的变化,粒子沿弹性软方向呈各向异性析出.此外,模拟结果还发现,在应力场（包括外加场情况）存在条件下,相析出的中前期长大过程中小粒子沿着弹性软方向相互联结成大粒子,在相变后期孤立的小粒子被大粒子的长大所消耗.     

外加电位对X80管线钢在库尔勒土壤模拟溶液中应力腐蚀行为的影响

采用动电位扫描方法和慢应变速率拉伸试验(SSRT)研究了X80管线钢在库尔勒土壤模拟溶液中的应力腐蚀行为,并用扫描电镜观察分析了不同外加电位下的断口形貌。结果表明,X80管线钢在库尔勒土壤模拟溶液中的极化曲线具有典型的活性溶解特征。随外加电位的负移,X80管线钢的应力腐蚀敏感性明显增加。阴极极化条件下,X80管线钢在库尔勒土壤模拟溶液中的SCC的开裂机制为氢致破裂(HIC)。     

堆焊金属残余应力场的计算机模拟

采用60CrMnMo钢为基体材料,用AST型X射线应力分析仪对堆焊残余应力场进行了测定。发现在堆焊金属中心部位和熔合区附近的热影响区出现了两个残余拉应力峰值。用ANSYS计算软件,模拟了堆焊过程中温度场和残余应力场的分布,在模拟中考虑了马氏体相变、杨氏模量与其它参数对计算结果的影响,并将计算值与残余应力场的测量值进行了比较。结果表明,残余应力场的计算结果与实测结果吻合较好,说明本文建立的有限元计算模型是有效的。采用这一模型,模拟了不同试样尺寸对堆焊金属残余应力场分布的影响。计算结果表明,随着试样尺寸的增大,残余应力峰值增大,且峰值益发生变化。     

Al-Li合金中δ′相沉淀过程原子图像的计算机模拟

利用微观Langevin方程对δ'用(Al3Li)沉淀过程的原子图像进行模拟研究．该方程不但能同时描述原子簇聚和有序化过程,将用分离和粗化在同一物理框架内考虑, 而且无须预先设定第二相结构,可观察到动力学演化过程中可能出现的瞬时相,模拟结果表明:对于Al-15Li(原子分数,%)合金,最初在无序基体中出现的L12相浓度与无序用相同,在L12相之间形成重位与阵界面;随后,L12相有序度进一步增加,重位点阵界面逐渐转变为L12结沟;最后形成被反相畴界分开的L12结构单相有序相,单相有序相一经形成,便开始分解,分解主要发生在反相畴界处,富Li区向平衡δ'相转化,贫Li区自发无序化,形成δ'相与无序基体共存的平衡结构,在沉淀过程后期,δ'相租化待证明显,大颗粒长大,小颗粒变小或消失,两相界面由不规则变为平直。     

Cu-Ni合金中析出相的计算机模拟与试验验证

采用相场法模型,对Cu-Ni-Si合金时效过程中第二相的析出、粗化与长大过程进行了计算机模拟与试验验证。结果表明,Cu-Ni-Si合金中第二相的形状、含量的计算机模拟结果与试验结果较好地吻合;随着时效处理时间的增加,合金中第二相的含量不断增加,合金中第二相粒子逐渐从共格向半共格或者非共格转变;当时效时间为200 h,第二相形态也由花瓣状转变为圆盘形或者棒状。     

外加电位对X80钢在南雄土壤模拟溶液中应力腐蚀行为的影响

采用动电位极化技术、慢应变速率拉伸(SSRT)试验和SEM形貌分析等方法,研究了外加电位对X80钢在南雄土壤模拟溶液中的应力腐蚀破裂(SCC)行为的影响。结果表明,在不同外加电位下,X80钢在土壤模拟溶液中呈现出不同的SCC敏感性。在-550mV(SCE,下同)阳极电位下,X80钢的阳极溶解抑制了其SCC的发生;在自腐蚀电位Ecorr(约-720mV)下,X80钢SCC行为呈现出受阳极溶解和氢脆混合控制的机制;在-850mV阴极电位下,阴极保护抑制了X80钢SCC的发生;而在-1 000mV和-1 150mV阴极电位下,氢脆在X80钢SCC过程中占重要作用。     

外加电位下X80双相管线钢在模拟沿海土壤环境中的应力腐蚀行为

采用交流阻抗谱、极化试验、慢应变拉伸试验研究了不同外加电位下在模拟沿海土壤环境中X80双相管线钢的应力腐蚀行为,对拉伸断口和极化后试样进行SEM表面形貌及能谱分析。结果表明,与慢扫极化(模拟的非裂尖区域)相比,X80双相管线钢快扫极化模拟的裂尖腐蚀电位较负且腐蚀电流较大。-750 mV外加阴极电位处于裂尖自腐蚀电位范围,不足以起到阴极保护的作用,对应力腐蚀仍十分敏感。外加电位为-1050 mV时,阴极反应速率显著大于阳极反应,阴极反应产生的氢被金属吸收且扩散,慢应变拉伸未经颈缩即发生断裂,为准解理断裂。外加阴极电位为-900 mV,阴极电流有效抑制了阳极溶解反应,因此管线钢在模拟沿海土壤溶液中慢应变拉伸抗拉强度和断面收缩率都最高,断口表现为韧性断裂,侧面裂纹细小,阻抗模值最大,应力腐蚀敏感性最小。     

焊接工艺过程对中厚板埋弧焊应力场影响的数值模拟

通过ANSYS有限元分析软件，采用热-应力直接耦合分析法对低碳钢中厚板埋弧焊焊接温度场与应力场进行了模拟分析，并比较了单面双层焊、正反双面依次焊和正反双面同时焊三种焊接工艺过程对接头焊接残余应力的影响。     

焊接工艺过程对中厚板埋弧焊应力场影响的数值模拟

通过ANSYS有限元分析软件,采用热-应力直接耦合分析法对低碳钢中厚板埋弧焊焊接温度场与应力场进行了模拟分析,并比较了单面双层焊、正反双面依次焊和正反双面同时焊三种焊接工艺过程对接头焊接残余应力的影响。     

空心圆柱体铸钢淬火过程的模拟分析

以GCr15钢为研究对象,建立了力学性能和热性能计算模型,分析了淬火过程中马氏体转变及应力分布。结果表明:在淬火过程中,GCr15钢空心圆柱铸件心部应力和内外表面应力多次发生反向,最终变为组织应力型的应力分布。     

空心圆柱体铸钢淬火过程的模拟分析

以GCr15钢为研究对象,建立了力学性能和热性能计算模型,分析了淬火过程中马氏体转变及应力分布。结果表明:在淬火过程中,GCr15钢空心圆柱铸件心部应力和内外表面应力多次发生反向,最终变为组织应力型的应力分布。