共格沉淀析出过程的模拟Ⅱ--外加应力场的影响

采用相场模型对外加应力场对共格沉淀析出过程的微观结构演化进行模拟研究,在外加应力场作用下,非均匀弹性模量系统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,这种各向异性生长与外加应力、点阵错配度的符号以及非均匀模量差的符号有关。采用双级时效模拟方式时,外加应力场对析出相的成核及生长阶段均有影响,只是影响程度与析出相自身的点阵错配度有关。对适当的体系采用应力时效的方式可能是实现除分子束外延技术之外的一种全新的制备超晶格微结构的方法。     

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.     

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.     

相场法模拟应力时效过程中共格有序第二相的析出和粗化

采用双场耦合条件下的宏观相场法，实现了模拟外加应力下无序基体中共格有序第二相的析出和粗化。结果发现，在外加应力下，第二相颗粒将发生定向粗化，形成筏状组织，成筏的方向取决于外加应力的性质、点阵错配的正负以及两相的弹性模量差。沉淀体积分数越大，颗粒合并和反相畴界对沉淀形貌的影响越显著，导致许多颗粒呈现不规则形貌。颗粒的对齐有两种机制，一是链条外颗粒的溶解，一是颗粒的迁移。在粗化过程中，多颗粒体系首先通过前1种机制形成链条，然后通过第2种机制使链条进一步对齐。     

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.     

应力场对相分解过程影响的计算机模拟研究(I)——模型描述及对称成分下的相分离模拟

将扩散界面场模型与Khachaturyan弹性应变能计算模型相耦合,对对称成分点调幅分解过程中应力场(包括外场)对析出相的形态及动力学过程的影响进行模拟研究。模拟结果表明: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。     

相场法模拟Cu-Ag合金时效过程中组织演变

基于相场方法,模拟研究了Cu-20和40 at%Ag合金在等温时效过程中相分解与微观组织的演变.系统自由能中耦合了体化学能、浓度梯度能和共格错配应变能,化学自由能是直接利用相图热力学数据计算得到的,因此,计算的微结构变化与真实合金系统是相对应的.通过模拟,获得了合金的形态和浓度分布随时间、温度和组分的变化规律.模拟结果表明,对称合金(Cu-40at%Ag)分解和粗化的速度均高于相应的非对称合金,其相分离的早期阶段形成规则的、相互连接的微观形态.在Cu-20at% Ag合金中,沉淀相Ag经历了调幅分解和粗化过程,其形态呈立方状,沿[110]方向排列.     

Hf含量对镍基粉末高温合金中γ′相形态的影响

研究了含Hf镍基粉末高温合金在长期时效处理过程中γ′相形态的演化过程.结果表明:合金在高温长期处理过程中立方状γ′相发生分裂、呈现出二重平行状和八重小立方体组态.八重小立方体组态作为择优形态不再发生分裂,处于低能稳定状态.不同Hf含量合金的错配度发生明显变化,γ′相的长大或粗化过程可以粗略地分为"界面控制"和"应变控制"2个阶段,γ′相间弹性相互作用能对合金中析出相的形态变化起着重要作用.     

Ru对镍基单晶热暴露组织演变及持久性能的影响

对比研究了不含Ru的USTB-F7及添加2.5 wt％ Ru的USTB-F8两种镍基单晶高温合金的组织稳定性和持久性能.标准热处理与1100℃长期热暴露组织研究表明:合金USTB-F7中γ′相形貌介于球形和立方形之间,属中间态形貌;热暴露2000 h后,其形貌仍保持稳定,仅发生粗化而未发生筏排化.Ru的添加使Re元素在γ/γ′中的分配比增大,提高了合金USTB-F8的γ/γ′点阵错配度和γ'相的立方度,从而加速了长期热暴露过程中的筏排化进程,经2000 h热暴露发生了明显的筏排化现象.同时,合金USTB-F7热暴露700 h后在枝晶干处析出了富集Re、W和Cr元素的TCP相,Ru的加入有效地抑制了TCP相的析出,合金USTB-F8直至2000 h仍未析出TCP相.1100℃/140MPa持久性能测试表明,Ru显著提高合金的持久寿命,这与Ru增加合金中的y相体积分数和γ/γ′点阵错配度,促进筏排组织的形成,并减小时效组织中的γ通道宽度有关.     

应力场对相分解过程影响的计算机模拟研究（Ⅰ）——模型描述及对称成分下的相分离模拟

将扩散界面场模掣与Khachaturyan弹性应变能计算模型相耦合，对对称成分点调幅分解过程中应力场（包括外场）对析出相的形态及动力学过程的影响进行模拟研究。模拟结果表明：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。     

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.     

Mo对镍基单晶高温合金组织及持久性能的影响

通过在不含Mo的基础合金USTB-F7中添加1.5%(质量分数)Mo,形成合金USTB-F9,研究Mo对镍基单晶高温合金组织稳定性和持久寿命的影响。1 100℃时效与热处理组织的研究分析表明:合金USTB-F7中γ′相形貌介于球形和立方形之间,属中间态形貌;经长期热处理2 000 h后,其形貌保持稳定,仅发生粗化而未产生筏排现象。Mo的添加使γ相中Re、Mo和Cr等元素含量增加,提高了合金USTB-F9的γ/γ′点阵错配度和γ′相的立方度,从而加速长期热处理过程中的筏排化进程,仅200 h就发生明显的筏排现象。同时,Mo强烈促进富含Re、Mo、W和Cr等元素的P相和σ相的析出,使析出时间由合金USTB-F7的700 h提前到合金USTB-F9的100 h。在1 100℃和140 MPa下的持久性能测试表明,尽管Mo的添加提高了γ′相的体积分数和错配度,并促进筏排组织的形成,有利于合金持久性能的提高;但由于Mo促进TCP相的大量析出,从而使合金的持久寿命降低。     

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‘相（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。将相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相浓度与无序相相同，L12相之间形成重位点阵界面；随后，L12相有序度进一步增加。重点点阵界面逐渐转变为L12结构；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‘相粗化特征明显。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。     

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。     

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．     

P92钢时效的Laves相演化行为

对P92钢进行650℃,0~8000h时效实验,采用SEM-BSE和定量金相技术对Laves相的体积分数、平均直径和数量密度进行定量,研究了Laves相的析出和粗化动力学特性,评估了Laves相演化对蠕变强度的影响.结果表明,Laves相在时效0~2000 h内析出,优先在晶界析出长大,最终析出时的体积分数约为0.95%.Laves相粒子在时效3000 h后明显聚集粗化,粗化速率明显快于M23C6碳化物的原因是由于晶界扩散机制的作用.Laves相在1000~3000 h内具有最佳的析出强化效果,超过3000 h后由于显著粗化使沉淀强化作用明显下降.由于体积分数小和热稳定性差,Laves相的强化作用远小于M23C6型碳化物.     

铌对20CrMnTi钢渗碳过程中晶粒粗化行为的影响

通过模拟渗碳试验,研究了Nb对齿轮钢20Cr Mn Ti晶粒粗化行为的影响。结果表明,由于析出含Nb析出相,Nb能显著提高在模拟渗碳过程中的晶粒粗化温度。晶粒粗化温度由析出相的体积分数和析出相的尺寸决定。当模拟渗碳温度较低时,时间对析出相尺寸影响不明显;当渗碳温度较高时,延长时间析出相明显粗化。因此,对于Nb含量较低的试样,1 h和6 h模拟渗碳的晶粒粗化温度接近;而对于Nb含量较高的试样6 h模拟渗碳的晶粒粗化温度比1 h的低。     

相场方法研究Ni-Al-V合金的竞争沉淀过程（英文）

采用微观相场动力学模型,在原子层面上研究Ni75AlxV25-x合金中γ′相和θ相的沉淀过程及微观结构演化。模拟实验结果表明,Al浓度对沉淀序列具有重要的影响。低Al浓度合金中,先析出θ(Ni3V)有序相,随后析出γ′(Ni3Al)有序相;中Al浓度合金中,θ有序相及γ′有序相几乎同时析出;高Al浓度合金中,γ′有序相先析出,θ有序相随后析出。沉淀过程中,θ有序相和γ′有序相长大和粗化过程中存在竞争关系,无论先析出哪种相,θ有序相在粗化的竞争过程中占有优势。因此,沉淀最后形成择优取向的显微组织。     

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。     

FGH97合金连续冷却过程中的γ′相析出行为

为了研究固溶冷却速度对粉末高温合金FGH97的γ′相析出行为,利用Gleeble-3800热模拟试验机以及模拟热处理炉获得了15~240°C/min的冷却速度,主要分析了不同冷却速度对二次γ′相尺寸、形貌以及力学性能的影响。研究发现,二次γ′相在冷却过程中发生析出、长大,甚至是粗化,并且其形貌、尺寸以及析出温度、析出范围主要取决于冷却速度,而时效处理几乎没有影响。在15°C/min的较低冷速下,二次γ′相发生粗化并分裂,形成0.38μm左右的方形颗粒,这些二次相周围还会析出三次γ′相;而当冷却速度达到60°C/min时,二次γ′相尺寸降至0.22μm左右,三次γ′相析出则被完全抑制。在析出相含量、尺寸以及γ/γ′错配度的共同作用下,合金强度随着冷却速度的增加呈现出先降低后升高的趋势。