合金微结构的微观相场法模拟

摘 基于相场法理论，详细介绍了二元及三元合金体系的微观相场法动力学模型。指出了在微结构模拟研究方面，微观相场动力学模型具有的独特优越性：该模型可基于原子层面研究合金的沉淀机制：获得清晰、直观的原子显微形貌；描绘出合金的有序化、成分簇聚等过程，并能清晰地模拟出三元合金中原子的替代规律。同时，阐述了相场法在二元、三元合金微结构模拟研究中的应用和发展。     

合金微结构的微观相场法模拟

基于相场法理论,详细介绍了二元及三元合金体系的微观相场法动力学模型。指出了在微结构模拟研究方面,微观相场动力学模型具有的独特优越性:该模型可基于原子层面研究合金的沉淀机制;获得清晰、直观的原子显微形貌;描绘出合金的有序化、成分簇聚等过程,并能清晰地模拟出三元合金中原子的替代规律。同时,阐述了相场法在二元、三元合金微结构模拟研究中的应用和发展。     

Al-Zr中间合金热处理过程的微观相场模拟

利用微观相场方法对3种不同成分的Al-Zr合金的时效过程进行计算机模拟.结果显示:Al-3at%Zr、Al-6at%Zr和Al-15at%Zr3种合金时效过程中形成的Ll<,2>结构的Al<,3>Zr有序相的沉淀机制分别为失稳分解机制、失稳分解加非经典形核混合机制、非经典形核机制:有序相形成经历的过程为过饱和固溶体→G.P.区→非化学计量比有序相一化学计量比有序相,开始阶段形成的G.P.区中,一些尺寸和浓度较小的区域随着演化的进行逐渐溶解消失,一些尺寸和浓度较大的则进一步长大有序化并最终形成化学计量比有序相.     

Ni-Cr-Al合金有序化早期原子尺度的模拟

基于三元体系的离散格点的微观相场模型，模拟研究温度1123K时三元合金Ni—Cr-Al有序化早期过程，通过研究沉淀过程原子图像和序参数曲线的演化，发现低饱和度合金Ni-15at．％Cr-10．5at．％Al沉淀机制为非经典形核长大，沉淀过程包括D022有序相的形核长大，Ll2有序相的形核和D022有序相向Ll2有序相的转化3个阶段。由于Cr原子替代Al原子位置，在Ll2有序相内两种原子占位几率接近，形成Ni3（CrxAl1-x）结构的Ll2有序相，并且与D022有序相共存。高饱和度合金沉淀机制为等成分有序化和失稳分解混合机制，并且有序化和簇聚过程比低饱和度合金提前。     

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.     

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。     

Ni75CrxAl25-x合金原子替代行为的微观相场模拟

利用微观相场动力学模型模拟研究873K时Ni75CrxAl25-x合金中Cr原子的替代规律。在合金沉淀过程中,Cr原子部分替代Al原子格点形成L12结构的γ’相(Ni3Al1-xCrx)。Cr原子在L12相内的占位几率极限值较小,当Cr含量超过3%时,L12相内Cr原子的浓度接近饱和值。在L12相的有序畴界处,Cr原子完全取代Al原子位置,形成稳定的Ni3Cr相(D022结构)。该合金最终沉淀产物为Ni3Al-Ni3Cr混合相。     

Ni75CrxAl25-x合金原子替代行为的微观相场模拟

利用微观相场动力学模型模拟研究873 K时Ni75CrxAl25-x合金中Cr原子的替代规律。在合金沉淀过程中,Cr原子部分替代Al原子格点形成L12结构的γ′相（Ni3Al1-xCrx）。Cr原子在L12相内的占位几率极限值较小,当Cr含量超过3%时,L12相内Cr原子的浓度接近饱和值。在L12相的有序畴界处,Cr原子完全取代Al原子位置,形成稳定的Ni3Cr相（D022结构）。该合金最终沉淀产物为Ni3Al-Ni3Cr混合相。     

低体积分数相析出过程的相场模拟

通过构建局域自由能函数,并考虑晶界对析出过程的影响,建立了低体积分数相析出过程的相场模型,模拟了溶质体积分数为2%的体系中第二相在晶界和晶内析出及其演变过程.结果表明,在相同相场步条件下,晶粒空间矢量平方和的幂指数项(∑(η)2)μ决定了第二相在晶界和晶内的析出比例;晶内析出相的比例随μ值的减小而增加;析出相尺寸的大小取决于浓度场梯度能系数к(ζ)值的高低;μ=1或较大к(ζ)时,析出相全部集中于晶界上.     

相场法在铸件凝固微观组织模拟中的研究

用凝固过程数值模拟技术预测铸件的晶粒组织,进而预测铸件力学性能已成为国内外铸造领域的研究热点;简叙微观模拟的3种数值方法,其中相场法是一种三维微观组织模拟方法;论述了相场法模拟凝固微观组织的原理及其与外部场的耦合;指出其研究方向.     

Ni-Al-Cr合金分级时效的微观相场模拟

基于三元体系的微观相场动力学模型,从原子层次上模拟了Ni-11at%Al-7at%Cr合金在873 K预时效,1023 K再时效的组织演化过程,结合原子图像,计算了有序相内序参数分布和体积分数随时间的变化,并与1023 K下的单级时效工艺进行了对比.研究结果表明:两种工艺条件下. 均析出单一的LI2结构有序相,分级时效的沉淀机制为非经典形核长大与失稳分解的混合机制;单级时效的沉淀机制为失稳分解机制:分级时效获得的沉淀相呈45°方向倾斜排列的弥散颗粒状,单级时效获得的沉淀相呈45°方向倾斜的条纹状;分级时效工艺下孕育期缩短,达到平衡时,二者的体积分数相等.     

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。     

Ni-Cu二元合金定向凝固的相场法数值模拟

采用相场方法对二元合金的定向凝固进行二维数值模拟,以Ni-Cu合金为例,展示了界面形态的演化过程,研究了相场参数对界面形态的影响.结果表明,随着界面厚度的减小,晶体生长形态由胞晶转变为树枝晶,尖端速度增大,但其稳定性下降;各向异性系数越小,尖端生长速度越小,越易于侧向分支的生长,形成胞状枝晶;热扰动幅值α对界面形态也有重要影响,当a取值适当时,便引发侧向分支,形成胞状枝晶,同时尖端速度也受到影响.     

Ni-Cu二元合金定向凝固的相场法数值模拟

采用相场方法对二元合金的定向凝固进行二维数值模拟,以Ni-Cu合金为例,展示了界面形态的演化过程,研究了相场参数对界面形态的影响.结果表明,随着界面厚度的减小,晶体生长形态由胞晶转变为树枝晶,尖端速度增大,但其稳定性下降;各向异性系数越小,尖端生长速度越小,越易于侧向分支的生长,形成胞状枝晶;热扰动幅值α对界面形态也有重要影响,当a取值适当时,便引发侧向分支,形成胞状枝晶,同时尖端速度也受到影响.     

Ni—Al-V合金有序畴界面结构的微观相场模拟

利用微观相场动力学模型模拟了Ni-Al-V合金沉淀有序相之间界面的微结构及其演化过程。研究结果表明，Ll2相之间形成3种类型的畴界结构，界面宽度较小，其中一种界面处Al原子占位几率基本达平衡值。D022相根据投影后[10]和[01]两个不同取向的结合，形成8种类型的畴界结构，相同取向的畴界较宽，不同取向的畴界处V原子占位几率较高。两种不同有序相形成4种类型畴界，由于后析出相在先析出相的界面形核长大，界面处相应原子占位几率达平衡值，两相界面处连续过渡。D022有序相[01]方向形成的界面随沉淀过程进行，由无序变为有序窄界面，之后界面处又发生分解成为无序相。