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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,在国内首先编制了二元、三元镍基合金的原子层面计算机模拟程序,无需预先设定新相结构和转变路径,自动描述可能的非平衡相、原子簇聚、有序化等,适用于沉淀的全过程以及全部成分范围,可获得原子图像、序参数及有序相体积分数等信息。系统地研究了存在有序化和原子簇聚的复杂体系的早期沉淀机制、两种有序相共存的析出序列、共格弹性应变能的影响。为客观地验证模拟结果,与国、内外相关的实验研究和理论进行了对比,主要结果获得印证,并得到了目前实验手段未能或难以发现的现象和规律。低浓度Ni-Al合金γ′相的沉淀机制为非经典形核长大,有序化与原子簇聚过程同时发生,没有发现GP区。随浓度增加,非经典形核长大的特征增强,有序相临界晶核成分序参数和长程序参数降低,且分布更为平缓,沉淀序列为: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。高浓度Ni-Al合金γ′相的沉淀机制为:等成分有  (本文共167页) 本文目录 | 阅读全文>>

西北工业大学
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Ni-Cr-Al合金沉淀早期的微观相场模拟

以Ni-Cr-Al三元合金为对象,基于微观相场模型,只需输入唯一基本参数——原子间相互作用势,毋需输入无实际物理意义的参数,即可获得原子图像的演化、长程序参数和浓度的变化、平均长程序参数、平均浓度以及体积分数的变化过程,描述合金沉淀全过程的原子簇聚、有序化过程。本文研究了不同合金成分、不同温度下的沉淀序列和沉淀机制,分析了Cr原子替代行为以及分级时效对合金有序相尺寸、体积分数的影响。主要结论如下:当Al、Cr含量较低时,Ni-Cr-Al合金按非经典形核长大机制同时沉淀出L1_2相和D0_(22)相。随Cr含量增加,D0_(22)相沉淀机制由非经典形核长大向混合机制过渡,进一步向等成分有序化+失稳分解机制过渡;L1_2相沉淀机制由非经典形核长大向混合机制过渡。随Al含量增加,L1_2相沉淀机制由非经典形核长大向混合机制过渡,进一步向等成分有序化+失稳分解机制过渡,D0_(22)相逐渐消失。当Al、Cr含量都较高时,L1_2相和D0...  (本文共180页) 本文目录 | 阅读全文>>

《中国有色金属学报》2004年04期
中国有色金属学报

低铝含量Ni_(75)Al_xV_(25-x)合金早期沉淀过程的原子尺度计算机模拟

合金早期沉淀的时间尺度在秒级,空间尺度在数十至数百原子,即形成纳米级弥散强化相,现有的实验手段研究合金沉淀早期的规律和机制非常困难,采用原子层面的计算机模拟研究具有必要性,并显示出实验手段无可比拟的优越性。Pareige[1]和Poduri[2]等分别采用蒙特卡洛法及相场法简单研究了Ni Al V合金的沉淀序列,但均没有对合金沉淀早期的不同机制、原子尺度的有序无序转变及非平衡现象作深入探讨。本文作者基于三元体系微观扩散方程,通过对沉淀过程中原子图像、序参数等的模拟和计算分析,对低铝含量Ni Al V体系早期沉淀过程中γ′相(Ni3Al)和θ相(Ni3V)共存时有序相的析出序列及不同沉淀机制进行了研究。1 三元体系微观相场扩散方程该模型首先由Khachatuyran[3]提出,Chen等[47]做了发展。设pA(r,t),pB(r,t),pC(r,t)分别为A,B和C原子在t时刻占据格点位置r的几率,由于pA(r,t)+pB(r,...  (本文共5页) 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
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二元合金脱溶沉淀过程的微观相场模拟

本文采用微观相场方法模拟研究了二元合金的脱溶沉淀过程。首先对无共格畸变效应的模型合金的沉淀过程进行了研究,重点探讨了时效温度和合金成分对沉淀过程的影响;并在此基础上结合微观弹性力学理论研究了共格弹性应变能作用下的脱溶沉淀过程;最后采用准化学方法和电负性方法近似计算了Al-Cu间的相互作用能参数,将二维模型向三维进行了扩展,模拟了Al-Cu合金的早期沉淀过程。对无共格畸变效应的二元模型合金沉淀过程的研究表明,沉淀相的沉淀机制为非经典形核,形貌为各向同性的球形。合金初始浓度越低、时效温度越高,形核孕育期越长,形核长大的速度越慢,沉淀相的数目达到峰值的时间越长,峰值处的尺寸分布越弥散,后期的粗化速度也越快。在共格弹性应变能的作用下,沉淀相沿基体的弹性软方向析出,形状由球形转变为短棒状。弹性应变能的绝对值越大,形核孕育期越短,晶核数目越多,后期形成的短棒状组织的长径比越大,后期的粗化速度也越快。当合金的初始浓度较低且共格弹性应变能较大时...  (本文共72页) 本文目录 | 阅读全文>>

中北大学
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弹性畸变场下Ni_(75)Al_(14)Mo_(11)合金的沉淀行为研究

镍基合金以其良好的抗高温蠕变性、抗疲劳性、抗氧化性及抗热腐蚀性等优点,被广泛应用到航空工业中,其中Ni3X结构是镍基合金的主要沉淀强化相,其形貌直接影响到镍基合金的机械性能,而在沉淀过程中,弹性畸变能、原子间相互作用能对Ni3X型沉淀相的形貌、排列、析出难易程度等有重要的影响;同时镍基合金在沉淀过程中产生的有序畴界面结构对合金的性能也有一定的影响。本文基于微观相场动力学模型,以Ni_(75)Al_(14)Mo_(11)合金为研究对象,运用MATLAB语言自编程序,形象、直观的模拟了该合金的沉淀过程,研究了弹性畸变能、原子间四近邻作用能对合金沉淀过程的影响,以及沉淀过程中界面的变化规律。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...  (本文共93页) 本文目录 | 阅读全文>>

西北工业大学
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镍基合金沉淀过程的含畸变能微观相场模拟

基于微观弹性理论和微观相场动力学模型,开发出了包含弹性畸变能的微观相场软件,可用于镍基模型合金、二元和三元镍基合金原子层面沉淀全过程的模拟,比忽略畸变能的微观相场方法更接近真实。通过对镍基模型合金的研究发现:畸变能为零时,粗化过程遵循LSW粗化机制;畸变能较大时,粗化过程遵循沿弹性“软”方向长大和粗化的位向控制机制;中等畸变能时,粗化过程遵循以颗粒尺寸大小和位向共同决定的混合粗化机制。针对镍基模型合金、二元Ni-Al合金、三元Ni-Cr-Al合金早期沉淀过程的研究发现,在相同的时间步长,弹性畸变能越大,沉淀相内的浓度分布起伏越小,达到平衡时浓度曲线的凸起部分越窄,曲线分布更加弥散,说明弹性畸变能越大,对沉淀相析出和长大的阻碍作用越明显。考虑弹性畸变能的高浓度Ni-Al合金,其沉淀过程中存在有明显的等成分有序化阶段,而忽略弹性畸变能的合金沉淀机制没有等成分有序化阶段。考虑畸变能后其γ′相沉淀机制为等成分有序化+失稳分解。模拟结果显...  (本文共222页) 本文目录 | 阅读全文>>