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。     

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     

微观相场法研究镍基合金沉淀相间作用的定向粗化机制

采用微观相场法研究Ni-Al-V合金中由长周期沉淀相各向异性生长所引起的定向粗化机制以及沉淀过程对有序相的不同作用.结果表明:DO22相主要沿着其短轴方向粗化,挤压相邻的L12相并导致原子间的相互作用,使其与基体间的错配发生变化,并在特定方向上释放出配错能,形成Al原子的扩散通道,引起其原子占位在空间上的各向异性,最终导致L12相定向粗化.随着时效温度的升高,两相的析出滞后,而DO22相在较高温度的滞后更为显著;Al和V的平均占位几率降低,且Al降低得较多.     

Ni75Al10Cr15合金预时效温度影响的微观相场模拟

采用微观相场方法,模拟了Ni75Al10Cr15合金分级时效中预时效温度的影响.结果表明:预时效温度较低时,L12相以非经典形核长大机制形成,DO22 相以失稳分解机制形成,获得比较弥散均匀的沉淀相组织,两相尺度差异不大.随着预时效温度升高,L12相首先以失稳分解机制形成,随后DO22相在L12相的相界处以形核长大机制形成,两相尺度差异较大,L12相比DO22相粗大.预时效温度升高,L12相和DO22沉淀孕育期变长,颗粒密度减小.     

Ni75Al10Crl5合金预时效温度影响的微观相场模拟

采用微观相场方法,模拟了Ni75Al10Crl5合金分级时效中预时效温度的影响。结果表明：预时效温度较低时,L12相以非经典形核长大机制形成,DO22相以失稳分解机制形成,获得比较弥散均匀的沉淀相组织,两相尺度差异不大。随着预时效温度升高,L12相首先以失稳分解机制形成,随后DO22相在L12相的相界处以形核长大机制形成,两相尺度差异较大,L12相比D022相粗大。预时效温度升高,L12相和D022沉淀孕育期变长,颗粒密度减小。     

Ni-Cr-Al合金中D022相和L12相沉淀过程微观相场模拟

基于微观相场动力学模型和微观弹性理论,对Ni75Cr19Al6.0合金的沉淀过程进行了研究.结果表明,合金沉淀初期,DD22相以失稳分解机制从无序基体中析出,L12相以非经典形核长大机制析出,两相均呈现不规则形状且随机分布.共格沉淀相和母相之间的点阵错配度引起的弹性场对沉淀过程产生明显影响,D022相和L12相在沉淀后期表现出强烈的各向异性特征,其形貌均转变为长方块状,沿弹性"软"方向([100]和[001])规则分布,沉淀后期在基体中形成高度择优取向的微观组织.粗化过程中,D022相和L12相的平均半径的立方与时效时间整体上并不满足线性关系,弹性约束系统中的长大规律发生变化.     

Cu-20Ni-20Mn合金连续/不连续时效析出及其相互作用研究

通过扫描电镜、透射电镜和小角散射研究了Cu-20Ni-20Mn合金在573~698 K温度下的时效析出行为,确定不连续析出和连续析出之间的相互作用。结果表明:当时效温度低于623 K,沉淀相析出主要以不连续析出为主导。时效温度大于673 K时,沉淀相析出则主要由连续析出和不连续析出共同控制。时效过程中,沉淀相优先在晶界形核长大,形成由Ni Mn相和贫溶质原子基体组成的片层状不连续析出胞状组织。然而连续析出沉淀相的存在会抑制不连续胞状组织的长大,当沉淀相直径约大于5 nm时,将能有效阻碍不连续析出胞状组织界面前沿的迁移。利用Aaronson-Liu模型估算出不连续析出的晶界化学扩散混合积sδDb,进一步通过Arrhenius方程分析得出不连续析出胞状组织的激活能为77.3~110.9 kJ/mol。界面激活能要远低于Ni、Mn元素在Cu中扩散所需的激活能,表明沉淀相易于在晶界处形核析出。     

循环时效对Ni_(75)Al_(7.5)V_(17.5)合金微观组织的影响

基于微观相场动力学模型,研究了Ni75Al7.5V17.5合金循环时效过程的沉淀相形貌演化,并与单级时效过程进行了比较.发现DO22相的溶解度随温度变化较L12相大:通过循环时效可以使粗大细长的L12相发生分断,从而达到细化沉淀颗粒的目的,使不规则的L12相发生球化;还分析了发生分断和球化的原因.     

Ni-Al-Cr合金时效组织演变行为的计算机模拟

利用三元微观相场动力学模型,结合原子图像、序参数和体积分数等手段模拟研究了Ni75Al9Cr16合金在973 K下的时效行为.结果表明,合金沉淀过程中析出DO22和L12两种有序相.DO22相的早期沉淀机制为失稳分解,L12相的早期沉淀机制为非经典形核长大.DO22相首先从无序固溶体中析出,随后L12相在DO22相的畴界处析出.平衡时,获得的DO22相体积分数略小于L12相的体积分数.     

Effect of Aging Time at High Temperature on Microstructural Evolution Behavior of a Nickel-Based Single Crystal Superalloy

研究了高温时效对一种镍基单晶高温合金组织演变行为的影响。使合金在980, 1050, 1100 ℃,进行20, 50, 100 h的短期时效及在1100 ℃下进行200~800 h的长期时效,采用扫描电子显微镜进行组织形貌的观察、电子探针显微分析仪分析TCP相的成分,并对时效后的试样进行硬度测试。试验结果表明：在短期时效时,γ'相的粗化符合扩散控制理论的长大规律,即r3与t成正比,可求得不同温度的粗化长大系数;在长期时效下,1100 ℃时效400 h后,筏排状的γ'相形成且有TCP相析出,TCP相中富含Re和W元素;此外,在1050 ℃时效50 h及在1100 ℃时效20和100 h后,合金中也有TCP相的析出;硬度结果显示,不同时效条件的试样硬度值没有明显变化     

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.     

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。     

低Al含量Ni-Cr-Al合金有序化及相边界演化的数值模拟

基于三元微观相场模型,模拟研究了873K时低Al含量三元合金Ni-Cr-Al有序化及相边界演化过程。研究发现,合金Ni-11Cr-7Al(原了百分数,下同)沉淀机制为非经典形核长大,沉淀过程中L12有序相伴随着DO22有序相的形核长大,同时,部分DO22有序相向L12有序相转化。由于Cr原子替代Al原子位置,在L12有序相内两种原子占位几率接近,形成Ni3(CrxAl1-x)结构的L12有序相,并且与DO22有序相共存。     

Ni75Al7.5V17.5相变过程中L12相合金元素占位几率演化的微观相场模拟（英文）

基于微观相场模型,研究Ni75Al7.5V17.5合金在相变过程中L12相内合金元素演化与DO22相生长之间的关系。研究表明,在L12相向DO22相转变的过程中,DO22相的长大可以分为两阶段。在早期,L12相内合金元素的成分基本不变,DO22相的长大主要受L12相间有序畴界的减少所控制。在后期,DO22相长大所需的V一部分来自L12相内部,一部分来自L12相体积的减少,其中,相内部为DO22相长大所提供的V则主要来自Al格点位置,由于L12相体积减少而富余的Al向L12相内部扩散迁移并主要占据Al格点位置,富余的Ni则同时向L12相内部和DO22相内部扩散,主要占据L12相的Ni位置。DO22相长大的后期主要受L12相内反位缺陷和第三组元的演化所控制。     

CREEP CRACK GROWTH BEHAVIOR OF ALLOY 718 DURING HIGH TEMPERATURE EXPOSURE

Alloy 718 is a precipitation strengthened nickel-hased superalloy based on the precipitation of γ’’-Ni3Vb(DO22 structure) and γ‘-Ni3(Al, Ti) (Ll2 structure) phases. Creep crack growth rate (CCGR) was investigated after high temperature exposure at 593, 650 and 677℃ for 2000h in Alloy 718. In addition to the coalescence of γ‘/γ‘‘ and the amount increasing of 6 phase, the existence of a bcc chromium enriched α-Cr phase was observed by SEM, and the weight fraction of α-Cr and other phases were determined by chemical phase analysis methods. The CCGR behavior and regulation have been analyzed by means of strength and structure analysis approaches. The experimental results show higher the exposure temperature and longer the exposure time, lower the CCGR. This is probably attributed to the interaction of material softening and brittling due to complex structure changes during high temperature exposure. Therefore,despite α-Cr phase formation and amount enhancement were run in this test range. It seems to us a small amount of α-Cr will be not harmful for creep crack propagation resistance, which is critical for disk application in aircraft and land-based gas turbine.     

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。     

基于微观相场DO22原子间相互作用势的计算模型

基于微观相场原理, 根据Khachaturyan占位几率和能量关系方程,推导出DO22相第一近邻原子间相互作用势的计算模型,其输入参数为相变点的温度和原子浓度。针对Ni3V-DO22相的反演计算表明：随温度和浓度增大,第一近邻原子间相互作用势w1增大。将计算所得随温度和浓度变化着的原子间相互作用势代入微观相场方程中,表明该方法得到的原子演化结构的温度和浓度相关性更加明显。     

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。     

METASTABLE STATE TRANSFOR MATIONS OF Al_3Ti BASE ALLOYS DURING MECHANICAL MILLING AND SUBSEQUENT ANNEALING

１　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｔｉｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｈａｔｔｈｅｂｒｉｔｔｌｅＡｌ３ＴｉｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｃａｎｂｅｄｕｃｔｉｌｉｚｅｄｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｉｔｓｔｅｔｒａｇｏｎａｌＤＯ２２ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｏｔｈｅｃｕｂｉｃＬ１２ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｓｔｕｄｉｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｄｅｖｅｌｏｐｔｈｅＬ１２Ａｌ３ＴｉａｌｌｏｙｓｂｙａｌｌｏｙｉｎｇｗｉｔｈＦｅ,Ｍｎ,Ｃｒ,ｅｔｃ．Ｈｏｗｅｖｅｒ,ｔｈｅｒ…