三元体系γ''相和θ相沉淀早期计算机研究

基于三元合金沉淀动力学相场方程的微观离散格点形式建立模型,首次对Ni75Al11V14合金的γ′和θ2个有序相析出的早期过程进行了模拟,并计算了γ′有序相的成分序参数和长程序参数.结果表明:Ni75Al11V14合金中γ′相的沉淀机制为非经典形核长大兼有失稳分解特征,先形成非化学计量比有序相,然后才形成化学计量比有序相;非化学计量比θ有序相在γ′相界处形成,距离γ′相界越远,其有序程度越低,θ有序畴存在2种类型:水平分布和垂直分布,和它所依附的γ′相界面取向有关.     

相场法预测低铝合金Ni75AlxV25-x的早期沉淀过程

采用微观相场模型,通过分析原子图像、有序相内序参数分布及有序相体积分数随时间的变化,在原子尺度对低Al浓度Ni75AlxV25-x合金的早期沉淀动力学进行了计算机预测．研究发现该合金沉淀过程中,析出D022结构的θ(Ni3V)相和L12结构的γ‘(Ni3Al)相,二者构成伪二元系;θ相先于γ‘析出,θ相的沉淀机制为等成分有序化 失稳分解,γ‘在θ相的相界处非经典形核,二者均先形成非化学计量比有序相,之后向化学计量比有序相转变;随Al浓度增加,θ相析出变慢,所占比例减少,而γ’相反之,析出越来越早且所占比例增加。     

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。     

低铝含量Ni75AlxV25-x合金早期沉淀过程的原子尺度计算机模拟

采用微观相场模型, 基于离散格点形式的微观扩散方程和非平衡自由能函数, 编制了三元Ni75AlxV25-x合金的原子层面计算机模拟程序.模拟发现: 低铝含量Ni75AlxV25-x合金的θ相先于γ′相析出, 其沉淀机制为等成分有序化 失稳分解; γ′相在θ相的相界处非经典形核, 二者均先形成非化学计量比有序相, 之后向化学计量比有序相转变.     

Ni75Al15Mn10合金γ′相沉淀过程以及原子占位的微观相场模拟

基于微观相场模型和微观弹性理论,对Ni75Al15Mn10合金γ′相沉淀过程以及原子占位进行了原子层面的计算机模拟。结果表明:合金在1273K进行时效,沉淀早期先析出L10结构,之后随着有序度的增加,逐渐转变为L12结构;原子的有序化早于成分簇聚,γ′相的沉淀机制为等成分有序化+失稳分解的混合机制;γ′有序相的体积分数比γ无序相小,且γ′和γ相的体积分数比值约为60%;Al原子主要占据β格点(γ′相顶角位置),αⅡ和αⅠ格点主要由Mn原子占据,且在αⅡ格点占位几率高于αⅠ格点,Mn原子主要占据Ni位,形成的γ′相为单一的(Ni,Mn)3Al相。     

MICROSCOPIC PHASE-FIELD SIMULATION COUPLED WITH ELASTIC STRAIN ENERGY FOR γ′(Ni3Al) PRICIPITATION IN Ni-Al ALLOY

基于微观相场动力学模型和微观弹性能理论,对Ni-Al合金中沉淀相Ni3Al(γ′)形貌演化、早期沉淀机制和后期粗化过程进行了原子层面的计算机模拟.结果表明:沉淀过程中γ′相形貌由早期随机分布的圆形或不规则状逐渐向方形转变,其排列的取向性也越来越明显,最后形成周边圆滑的长方块状颗粒,沿[10]和[01]弹性"软"方向规则排列.弹性应变能作用下的粗化过程遵循优先选择的原则,位于弹性"软"方向上的颗粒不断长大和粗化,位于弹性"软"方向外的颗粒逐渐消失,沉淀后期在基体中形成高度择优取向的微观组织.低浓度Ni-Al合金中γ′相的早期沉淀机制为非经典形核长大机制,其演化序列为:过饱和固溶体→非化学计量比有序相→化学计量比平衡γ′相→长大.     

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。     

Ll2 -Ni3(Al, Cr)沉淀先期效应的微观相场模拟

基于微观相场模型, 研究Ni80Al7Cr13合金在873 K时效过程中L12 结构Ni3(Al,Cr)的沉淀先期效应.分析沉淀早期微结构、成分及有序度随时间的变化.研究发现,原子有序化早于原子簇聚,首先形成有序度很低的L10结构非化学计量比有序畴,随着时间的延长,有序畴的有序度逐渐提高,当有序度增大到一定时,L10结构非化学计量比有序畴逐渐向非化学计量比L12结构转变,最后非化学计量比L12 结构有序畴的成分和有序度随时间的增长逐渐达到化学计量比L12结构的成分和有序度,在化学计量比L12 结构的有序相中,Al原子倾向于占据αⅠ反位, 而Cr原子则倾向于在αⅡ反位择优占位.     

L12 -Ni3(Al, Cr)沉淀先期效应的微观相场模拟

基于微观相场模型, 研究Ni80Al7Cr13合金在873 K时效过程中L12 结构Ni3(Al,Cr)的沉淀先期效应.分析沉淀早期微结构、成分及有序度随时间的变化.研究发现,原子有序化早于原子簇聚,首先形成有序度很低的L10结构非化学计量比有序畴,随着时间的延长,有序畴的有序度逐渐提高,当有序度增大到一定时,L10结构非化学计量比有序畴逐渐向非化学计量比L12结构转变,最后非化学计量比L12 结构有序畴的成分和有序度随时间的增长逐渐达到化学计量比L12结构的成分和有序度,在化学计量比L12 结构的有序相中,Al原子倾向于占据αⅠ反位, 而Cr原子则倾向于在αⅡ反位择优占位.     

Ni_(75)Al(14)Mo_(11)合金早期沉淀过程的微观相场法模拟（英文）

采用微观相场动力学模型研究不同温度下Ni_(75)Al_(14)Mo_(11)合金的早期沉淀过程,研究合金的微观结构、Ll_0相的析出时间以及3种原子的占位概率。结果表明:沉淀过程中析出Ll_0非化学计量比有序相,Ll_0相有Ⅰ型和Ⅱ型2种结构,随着温度的增加,Ll_0相析出的时间提前。在沉淀的过程,Ⅱ型Ll_0结构的析出时间比Ⅰ型Ll_0结构的析出时间早。温度升高缩短了Ll_0相的形成时间,使Ll0相有序度更高;温度越低,Ll_0相向L1_2相的转变时间越短。Al原子和Mo原子占据γ位,Ni原子占据α位和β位,在同样的温度和格点下,Al原子的占位几率大于Mo原子的占位几率。Ni、Al和Mo_3种原子构成复合Ll_2相。     

Ni75Al25-xFex合金中γ′相原子占位的微观相场模拟

采用三元微观离散格点形式的相场模型,对Ni75Al25-xFex合金γ′相的原子占位、浓度和长程序参数等进行了模拟计算。结果表明：γ′相沉淀析出为等成分有序化兼失稳分解机制;在γ′相内,随Fe含量的增加,Fe原子在β位的占位呈明显的上升趋势,Al原子反之,且发现有少量Ni原子占据β位。另一方面,在α格点,Fe原子的占位只呈现略微的增长,Al原子几乎不变,而Ni原子则略微下降;β位主要由Al,Fe原子共同占据,形成的γ′相是Ni3（AlFe）单相。     

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．     

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。     

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。     

Ni75Al15Mn10合金γ'相沉淀过程以及原子占位的微观相场模拟

基于微观相场模型和微观弹性理论,对Ni75Al15Mn10合金γ’相沉淀过程以及原子占位进行了原子层面的计算机模拟.结果表明:合金在1273K进行时效,沉淀早期先析出L10结构,之后随着有序度的增加,逐渐转变为L12结构;原子的有序化早于成分簇聚,γ’相的沉淀机制为等成分有序化+失稳分解的混合机制;γ'有序相的体积分数比γ无序相小,且γ’和γ相的体积分数比值约为60％; Al原子主要占据β格点(γ’相顶角位置),αⅡ和αⅠ格点主要由Mn原子占据,且在aⅡ格点占位几率高于αⅠ格点,Mn原子主要占据Ni位,形成的γ’相为单一的(Ni,Mn)3Al相.     

Ni75AlxV25-x合金中异相界面成分演化的微观相场模拟

采用微观相场模型研究界面原子结构和相变方向对Ni75AlxV25-x合金中异相间有序畴界和有序/无序相界成分演化的影响。结果表明:在异相间有序畴界处,V在有序畴界的DO22相一侧贫化,在有序畴界的L12相一侧偏聚;Al则在有序畴界的DO22相一侧偏聚,在有序畴界的L12相一侧贫化。Ni在异相间可迁移有序畴界处的成分受相变方向和界面结构的影响。在DO22相与无序相之间形成的相界处,Al和Ni偏聚,V则贫化;在L12相与无序相之间形成的相界处,Al和Ni贫化,V则偏聚。由于溶质拖拽效应,合金元素在有序畴界处的偏聚和贫化倾向不随有序畴界迁移改变,但程度变化。     

相场法研究弹性畸变能对Ni-Al合金有序化过程的影响

采用微观弹性相场动力学模型,研究由共格错配产生的弹性畸变能对Ni-Al合金沉淀过程中γ′(Ni3Al)相有序化过程的影响。模拟结果表明,对于不同的沉淀机制,如非经典形核、非经典形核与失稳分解的混合机制及失稳有序化,弹性畸变能均阻碍Al原子在β格点的占位,从而阻碍有序化过程的进行。同一时间步长下,考虑弹性畸变能的合金,其γ′相内浓度和长程序参数曲线的高度和宽度均小于忽略弹性畸变能的合金,曲线分布更加弥散。弹性畸变能改变了γ′相的空间排列及微观形貌,最终形成沿弹性"软方向"择优排列的共格微观组织。     

Ni-Al间作用势对Ni_(75)Al_(14)Mo_(11)合金原子有序化影响的微观相场模拟

采用三元微观相场动力学模型,研究第一到第四层Ni-Al原子间作用势对Ni75Al14Mo11合金沉淀过程中原子有序行为及γ′相沉淀的影响。结果表明:当第一层Ni-Al原子间作用势增大时,Al和Mo有序化和簇聚的程度和速度增大;当第二层Ni-Al原子间作用势增大时,Al和Mo有序化和簇聚的程度和速度降低;当第三层Ni-Al原子间作用势增大时,Al和Mo的有序化和簇聚的程度和速度增大,相比之下沉淀后期较大的原子间作用势对Mo的影响程度较小;第四层Ni-Al原子间作用势对Ni和Al有序化和簇聚的影响与第二层原子间作用势的影响相同。第一、三层Ni-Al原子间作用势增大,将促进γ′相的生成,且γ′相体积分数增大,而第二、四层原子间作用势对γ′相影响与第一、三层的影响效果则相反。     

Ti/Al比对GH984G合金长期时效过程中γ′沉淀相粗化行为及拉伸性能的影响

研究了2种Ti/Al比对新型Ni-Fe-Cr基合金GH984G在长达上万小时高温时效过程中γ′淀相的粗化行为及其拉伸性能的影响规律.结果表明:随时效温度从700℃升高至800℃,球形γ′沉淀相的粗化速率明显增大.在700和750℃长期时效过程中,高Ti/Al比和低Ti/Al比合金γ′沉淀相的粗化行为均符合Lifshitz-Slyozof-Wagner(LSW)理论,受扩散过程控制,高Ti/Al比合金中γ′沉淀相的粗化速率较高.800℃长期时效过程中,2种Ti/Al比合金γ′沉淀相的粗化行为偏离LSW理论.此外,时效时间小于3×103h时,高Ti/Al比合金的γ′沉淀相长大较快,进一步延长时效时间,低Ti/Al比合金的γ′沉淀相长大速率较快.Ti/Al比对合金标准热处理态和700~800℃时效10480 h后合金的700℃拉伸性能无明显影响.通过选取合适的Ti/Al比,可以控制γ′沉淀相的粗化行为,增强合金组织稳定性.     

Ni_(75)Al_(14)Mo_(11)合金沉淀过程及其γ~'相原子占位的微观相场

采用三元微观相场动力学模型,研究了Ni75Al14Mo11合金的沉淀过程及其γ'相的原子占位现象,对合金的微观组织演化图像、序参数及占位几率进行了分析,结果表明,Mo与Al元素的加入使该合金中首先析出L10结构,随后发生L10结构向L12结构的原位结构转变;γ'相沉淀析出方式是等成分有序化兼失稳分解机制;γ'有序相中Al、Mo原子共同占据了面心立方的顶角位,且Al原子在γ'有序相中顶角β2位的占位几率始终稍大于Mo原子。