Ni75Cr19Al6合金中DO22相标度行为的含应变能微观相场研究

基于含应变能的微观相场动力学模型,利用结构函数归一化因子和标度函数,对Ni75Cr19Al6合金沉淀后期DO220相的粗化行为进行研究.结果表明:DO22相的结构函数归一化因子和标度函数在沉淀后期阶段均表现出标度行为,加入应变能后,DO22有序畴尺寸在非弹性"软"方向上的长大受到阻碍,DO22有序畴的体积分数也减小,结构函数的归一化结构因子和标度函数曲线峰值均小于未加应变能的值.     

微观相场法研究应变能对Ni68.2Al22.7V9.1合金中两相沉淀及原子占位的影响

采用微观相场方法,以 Ni68.2Al22.7V9.1 合金为例研究了应变能对两相沉淀及原子占位的影响。研究结果显示:沉淀过程中应变能明显使 L12沉淀相增加,对DO22相的沉淀有一定的抑制作用;由于 DO22相减少,V原子在L12相中各个位置的占位几率增大,而且应变能越大占位几率越高;应变能对Al原子在L12相中的α1位的占位几率影响不大,只有小幅度的降低,但明显降低了Al原子在α2位和β位的占位几率;各种情况下V原子在 L12相β位的占位几率始终高于α位。     

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.     

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.     

相场法研究含第二相颗粒多晶体系的晶粒粗化标度律

利用相场法研究了第二相颗粒体积分数对多晶体系晶粒粗化标度律的影响.结果表明:随着第二相颗粒体积分数增加,晶粒生长阻力增大,晶粒平均半径R_a随时间t的演化关系偏离t=AR_a~m+B非线性关系,且动力学指数m随第二相颗粒体积分数增加而增大.在晶粒粗化阶段,无论第二相颗粒是否存在,及第二相颗粒体积分数的大小,系统均满足标度律.随着第二相颗粒体积分数增加,系统结构因子曲线的峰值逐渐降低,且当波矢k值增大到某一值后,系统结构因子曲线基本重合;随着第二相颗粒体积分数增加,系统标度函数峰值降低,峰宽变宽.在较大的k值情况下,同一k值对应的标度函数值随第二相颗粒体积分数的增加而增大.由结构因子和标度函数可知,第二相颗粒体积分数增加,晶粒间的相互作用减弱,晶粒粗化过程中的尺寸均匀性将更好.     

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.     

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。     

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.     

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。     

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。     

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.     

时效温度对Ni-Al-V合金筏化影响的微观相场模拟

基于微观相场动力学模型,以Ni<,75>Al<,25-x>V<,x>合金为对象,研究时效温度变化对沉淀相竞争生长机制及筏状组织形成的影响.结果表明:相的生长和粗化存在各向异性和竞争机制;当具有生长各相异性的DO<,22>相数量较少、尺寸较大时,易形成单一方向排布的组织,从而促使具有生长各向同性的L12相也沿着特定的方向生长,最终形成具有高度择向生长的"筏状"组织,且随着时效温度的降低,沉淀相提前析出;若L12相先析出,时效温度越低,DO<,22>相越多,组织筏化越不明显;若DO<,22>先析出,时效温度越低,DO<,22>相越少,组织筏状越显著.     

Microscopic phase-field simulation coupled with elastic strain energy for precipitation process of Ni-Cr-Al alloys with low Al content

The precipitation process of Ni-Cr-Al alloy with low Al content was studied at atomic scale based on the microscopicphase-field kinetic model coupled with elastic strain energy.The aim is to investigate the effect of elastic strain energy onprecipitation mechanism and morphological evolution of the alloy.The simulation results show that in the early stage of precipitation,D022 phase and L12 phase present irregular shape,and they randomly distribute in the matrix.With the progress of aging,L12 phaseand D022 phase change into the quadrate shape and their orientations become more obvious.In the later stage,L12 phase and D022phase present quadrate shape with round corner and align along the[100]and[010]directions,and highly preferential selectedmicrostructure is formed.The mechanism of early precipitation of L12 phase in Ni-17%Cr-7.5%Al(mole fraction)alloy is the mixedstyle of non-classical nucleation growth and spinodal decomposition and the D022 phase is the spinodal decomposition.Themechanisms of early precipitation of L12 phase and D022 phase in Ni-12.5%Cr-7.5%Al alloy are both the non-classical nucleationand growth.The coarsening process follows the rule of preferential selected coarsening.     

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。     

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。     

Three-dimensional model of precipitation of ordered intermetallics

The development of the two-phase (f.c.c.+L1₂) coherent microstructure in the prototype Ni–Al superalloy is studied by using the three-dimensional computer simulation technique. The dynamics and morphology of the microstructure evolution are described by our three-dimensional version of the stochastic time-dependent kinetic equation which explicitly includes the coherency strain, elastic anisotropy and L1₂ ordering of the preciptate phase. The input parameters, the crystal lattice misfit, elastic moduli, interfacial energy and equilibrium compositions of the coexisting phases are taken from the published independent measurements. The simulation results demonstrate that the strain accommodation in the microstructure evolution results in the cuboidal-like precipitates faceted by the {100} planes. The size of the precipitates obtained in the simulation is of the order of 50 nm. The important conclusion is that the precipitates are always single-domain particles with no antiphase boundaries. This effect is associated with the ordered structure of precipitates. It causes the slowing down of the coarsening kinetics since it excludes the agglomeration of the out-of-phase precipitates in one particle. As has been shown previously, the latter is a very important coarsening mode in an absence of ordering.     

L12相间有序畴界成分的微观相场研究

利用微观相场模型研究了有序畴界结构、合金成分和弹性应变能对Ni75AlxV25-x合金中L12-Ni3Al相间有序畴界成分的影响规律。结果表明:L12相间形成的3种有序畴界中,在(100)//(200)·[001]处,Ni的贫化程度最小,Al的贫化程度最大,V的偏聚程度最大;在(200)//(200)处,Ni的贫化程度最大,Al的贫化程度最小,V的偏聚程度最小。随着合金中Al浓度的增加,3种有序畴界处Ni的浓度降低,Al的浓度升高,V的浓度降低。弹性应变能使得L12相间3种有序畴界处Ni和Al的浓度升高,V浓度降低。但弹性应变能对(200)//(200)·[001]和(100)//(200)·[001]成分的影响较大,对(200)//(200)成分的影响则相对较小。     

不同弹性畸变程度下Ni75Al14Mo11合金沉淀过程的多尺度模拟

基于微观相场模型和第一性原理方法模拟了Ni75Al14Mo11合金在不同弹性畸变能常数下的相变过程。当弹性畸变能从无到有时,沉淀相形貌由椭圆状变为块状,分布由不规则随机排列变为沿弹性"软"方向规则排列,具有一定方向性;弹性畸变能对短程DO22有序相的析出有抑制作用,并且对沉淀粗化过程的影响要大于对析出过程的影响;弹性畸变能对沉淀相的有序化及原子簇聚的影响并不是随着其增加而简单的起抑制或促进作用,而是与其取值范围有关。在相同的外界条件下,Ni、Al元素形成Ni3Al要比Ni、Mo元素形成Ni3Mo容易,导致Ni75Al14Mo11合金在1073 K时效下较易析出Ni3Al。