时效工艺对Ni75Al15Ti10合金沉淀过程的微观相场模拟

本文通过微观相场动力学模型模拟了Ni₇₅Al₁₅Ti₁₀合金的沉淀过程。首先通过原子演化图发现,沉淀过程分为两步,起初为L1₀相向L1₂相的转变,随后为化学计量比L1₂相的形成。随后研究了单级时效温度对微结构,原子占位以及原子扩散的影响,结果表明：随着温度升高无规则形状的γ′相变为规则立方体状并且择优取向显著;同时Al原子从γ′相界面向内部扩散,Ti原子正好相反。但是温度越高,原子占位以及有序化程度越低。为了提高γ′相的原子占位,我们进一步比较了双级时效对γ′相的影响。发现双级时效不仅能获得规则排列稳定的γ′相,同时还可以提高Al与Ti原子在其正位处的原子占位并抑制反位缺陷的产生。我们的实验结果在一定程度上为制备具有优异力学性能的Ni-Al-Ti合金提供了理论依据。     

相场法研究Ni-Al间作用势对Ni75Al14Cr11合金L10预析出相的影响

采用微观相场法研究了Ni_(75)Al_(14)Cr_(11)合金第1个近邻到第4个近邻Ni-Al原子间相互作用势对L1_0预析出相沉淀过程的影响。结果表明,当第3近邻Ni-Al原子间相互作用势增大或第4种近邻Ni-Al原子间相互作用势减少时,L1_0预析出相和L1_2平衡相均提前沉淀,且L1_0预析出相体积分数减少而L1_2相的最终体积分数几乎不变;当第3近邻Ni-Al原子间相互作用势减少或第4近邻Ni-Al原子间相互作用势的增大时,L1_0预析出相和L1_2最终相都会推迟沉淀,且L1_0预析出相和L1_2相体积分数均增大;与上述2种情况相比,改变第1近邻Ni-Al原子间相互作用势对L1_0预析出相沉淀过程的影响较小,而改变第2近邻Ni-Al原子间相互作用势对沉淀过程几乎没有影响。进一步研究表明,Ni-Al原子间相互作用势改变不影响合金的沉淀机制,将影响L1_0预析出相、L1_2平衡相的析出时间、速度和2种相的体积分数,沉淀形貌等,从而影响Ni_(75)Al_(14)Cr_(11)高温合金的结构和性能,对合金优化设计有指导意义。     

微观相场法研究Ni-Al-Fe合金原子间作用势的变化规律

基于微观相场理论,利用Khachaturyan所给原子间作用势与长程序参数关系方程得出L12结构第一近邻原子间作用势推演公式,反演出Ni-Al-Fe合金L12结构第一近邻原子间作用势。反演结果表明,Ni-Al和Ni-Fe第一近邻原子间作用势(即WNi-Al和WNi-Fe)随温度升高而增大。随Al原子浓度增大,WNi-Al增大而WNi-Fe减小,反之亦然。且原子间作用势随温度升高呈线性增大;原子间作用势随原子浓度变化近似呈线性变化。将反演作用势反代入到微观相场方程中得到的原子演化图的晶粒更细,同时其有序结构的有序度会更高。     

双级复相Ni3Al-Ni3V合金时效过程的微观相场模拟

利用微观相场法模拟了新型Ni3Al(L12)-Ni3V(D022)双级复相金属间化合物合金的时效过程。结果表明:高温(1370 K)时效阶段形成上级结构L12+A1(Ni基固溶体),尺度为微米级;共析温度以下(1200 K)时效阶段形成下级结构L12+D022,尺度为亚微米级,两级时效处理后形成L12+(L12+D022)双级复相微观结构。低温时效阶段,在D022相析出所产生的弹性势作用下,D022/L12相界面由{001}转向{011},{011/2}型界面在时效末期数量占优,最终下级复相组织中的D022相与L12相呈层状相间分布。     

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。     

微观相场模拟Ni64Al21V15合金中L12、DO22相形成的原子迁移

利用微观相场动力学模型研究Ni64Al21V15合金1150K下的L12相、DO22相转变的过程,详细分析合金元素在两相中不同原子面和各个格点上的占位几率及其演化过程,探讨原子迁移机制。研究发现Ni64Al21V15合金沉淀过程L12相向DO22相结构转变存在两种晶体学位向关系类型:(001)L12→(001)DO22和(001)L12→(100)DO22。Al、V和Ni原子首先在原子面间跃迁,由均匀、无序的状态分别向各原子面富集,同时发生有序化反应。Al和V原子优先占据β和β1位(以Al原子为主),Ni原子优先占据α1和β2位。随后Al、V和Ni原子在面内迁移,Al原子占据β1和α1位,V原子占据β和β2位,Ni原子主要占据α1位,从而实现L12相转变成DO22相。     

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。     

微观相场法反演Ni0.75AlxV0.25-x合金的原子间相互作用势

采用微观相场法,利用Khachaturyan所给原子间相互作用势与长程序参数关系方程,计算出Ni_(0.75)Al_xV_(0.25-x)合金L1_0、L1_2和DO_(22)相第一近邻原子间相互作用势,并用计算的原子间相互作用势模拟了Ni_(0.75)Al_xV_(0.25-x)合金沉淀过程以及最终形貌。计算结果表明,L1_0、L1_2和DO_(22)相第一近邻原子间相互作用势随温度增大而增大,随浓度增大而增大,且计算得到的随温度和浓度变化的原子间相互作用势与之前的实验值符合较好。计算的原子间相互作用势的模拟结果能依次得到预析出相L1_0、稳定相L1_2和第二相DO_(22),且合金沉淀形貌与实验结果吻合。相场法反演原子间相互作用势,拓宽了相场法在合金设计中的应用范围。     

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。     

温度和弹性应变能对Ni75Al21.5Nb3.5合金原子有序行为的影响

利用微观相场法研究了应力和温度共同耦合作用下Ni75Al21.5Nb3.5合金的原子有序行为。结果表明:弹性应变能参数ξ越大,L10相的孕育期越短,所析出的L10相的最大体积分数更大,存在时间也更长,单一取向性也更明显。在同一温度下,Ni原子在αⅡ位的最小占位几率随ξ的增加而降低,而Al、Nb原子则呈相反的变化趋势;L10最大体积分数随ξ的增大先增加而后趋于稳定。在同一畸变能下,Ni原子在αⅡ位的最小占位几率随温度的升高而增加,而Al、Nb原子则恰好相反;L10最大体积分数随温度的升高先增大后减小。     

用相场方法模拟铝合金枝晶生长形貌

采用相场方法对枝品的生长形貌进行了模拟计算，数学模型中包含了相场控制方程、溶质守恒方程以及能量守恒方程，其中枝晶的形貌由相场变量控制。模拟结果与实验结果基本吻合，同时由于相场方法更符合枝晶生长的物理机制，因而相场的模拟结果比CA模拟结果更接近实验结果。     

Morphology and distribution of Al3Fe phase in hypereutectic Al-Fe alloy solidified under magnetic field

In this study,the (low) DC and AC magnetic fields and the high magnetic field were applied separately during the solidification process of Al-2.89％Fe alloy.The influences of these magnetic fields on the morphology and distribution of Al3Fe phase in Al-2.89％Fe alloy were investigated.The microstructure and macrostructure of the samples were observed using an optical microscope.The results show that the majority of the primary Al3Fe phase particles in the hypereutectic Al-2.89％Fe alloy is gathered at the bottom of the sample under DC and AC magnetic fields or without magnetic field.The primary Al3Fe phase becomes coarse when the alloy solidifies under DC magnetic field,while it are refined and accumulated towards the center of the sample under the AC magnetic field.When the high magnetic field of 12 T is applied,the primary Al3Fe phase distributes throughout the sample homogeneously because the magnetic force acting on the primary Al3Fe phase balances with the gravity force; and the long axis of the Al3Fe phase aligns perpendicularly to the magnetic field direction.Also,the mechanism of the effect of magnetic fields is discussed.     

强磁场下Al-Ni合金凝固初生相Al3Ni的取向行为

进行了10T强磁场下Al-(8%~12%)Ni(质量分数)合金凝固实验,考察了初生相Al3Ni的取向行为。结果表明,加磁场后纤维状初生相Al3Ni在垂直于磁场方向的平面上定向排列聚集,形成层间距基本相同的分层组织。X射线衍射结果表明,施加磁场后,Al3Ni晶体发生了取向,其〈00l〉晶向转向磁场方向。在合金两相区中,当磁感应强度和温度提高到一定值时,初生相的取向程度显著增加,其定向排列因子Г也随之增加。此外,还对晶体在磁场中的取向行为进行了热力学分析。     

Simulation of fluctuation effect on dendrite growth by phase field method

The dendrite growth process was simulated with the phase field model coupling with the fluctuation.The effect of fluctuation intensity on the dendrite morphology and that of the thermal fluctuation together with the phase field fluctuation on the forming of side branches were investigated.The results indicate that with the decrease of thermal fluctuation amplitude,the furcation of dendrite tip also decreases,transverse dendrites become stronger,longitudinal dendrites become degenerated,Doublon structure ...     

La-Mg-Ni-Co-Al-Ti合金电极的失效研究

采用中频感应炉真空熔炼制备La0.75Mg0.25Ni3.41Co0.2Al0.03Ti0.06合金,通过电化学和气态循环、电化学阻抗、颗粒形貌以及表面成分测试,分析了合金电极的失效原因。实验结果表明,合金的容量保持率在循环过程中分为快速和缓慢衰减阶段,合金颗粒表面上的裂纹随循环次数的增加而逐渐增多。随循环次数增多,合金电极的电化学接触电阻和电荷传递电阻先降低后提高;经气态吸放氢循环后合金颗粒裂纹开裂程度增大;循环前期合金颗粒粉化严重,循环后期粉化减弱。循环过程中合金中主要元素La和Mg的氧化腐蚀是导致合金电极失效的主要原因,合金颗粒粉化加剧了La和Mg的氧化,进一步恶化合金电极性能。     

3D anisotropy simulation of dendrites growth with phase field method

The anisotropy problem of 3D phase-field model was studied,and various degrees of anisotropy were simulated by numerical calculation method.The results show that with the change of interface anisotropy coefficients,from smooth transition to the appearance of angle,equilibrium crystals shape morphology has a critical value,and 3D critical value is 0.3.The growth of dendrites is stable and the interface is smooth when it is less than critical value;the interface is unstable,rolling edge appears and the gro...     

铝合金应变诱导晶粒异常长大行为的晶体塑性-相场法耦合模拟（英文）

提出一种预测变形铝合金在退火过程中应变诱导晶粒异常长大行为的介观耦合建模方法。基于晶体塑性有限元法(CPFE)计算塑性变形中的位错密度和变形储能分布;以储能和局部界面曲率为晶界迁移驱动力,建立基于连续场法的改进相场(PF)模型,并采用插值法将CPFE计算结果向PF模型进行映射,实现CPFE-PF的耦合模拟。采用理想双晶组织模拟初步校准PF模型,然后将该CPFE-PF耦合模型应用于变形AA3102铝合金退火过程的多晶组织演化模拟,进一步验证模型有效性。结果表明,退火时变形基体中的低储能形核点优先长大;而当变形量在临界塑性应变附近时,由于结晶形核数量的有限性和储能分布的不均匀性,将产生晶粒异常长大现象。