镍基合金沉淀过程的含畸变能微观相场模拟

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1、摘要摘要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．刖合金、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

2、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Y相沉淀机制为等成分有序化+失稳分解。模拟结果显示：不同浓度Ni-Al合金沉淀后期，Y’相之间通过聚集存在不同的聚集模式。低浓度合金沉淀后期，Y’相之间彼此之间互相独立：中间浓度合金沉淀后期，丫‘相之间通过聚

3、集形成四种类型的“分裂”模式：L．状，双透镜状，三重组结构和四重组结构；高浓度合金沉淀后期，Y’相之间的聚集模式主要以双透镜状为主。二元Ni—Al合金在较小的体积分数下，粗化速率常数随体积分数的增大而减小；中等体积分数下，粗化速率常数随体积分数的变化不明显；较大体积分数下，粗化速率常数随体积分数的增大而增大。两北T业大学博}学位论文研究发现畸变能对三元Nj．Cr．AJ合金中共格的L12相和D022相的析出动力学影响相似。低铝浓度合金的D022相的粗化速率时间指数大于L12相的，高铝浓度合金反之，中

4、间铝浓度合金，D022相合L12相析出粗化速率时间指数接近。随着Al浓度的增大，Ni．CH～l合金沉淀过程中L12相的析出越来越容易，其沉淀机制也由非经典形核长大机制过渡到等成分有序化+失稳分解机制：而D022相的析出越来越困难，其沉淀机制由失稳分解机制过渡到非经典形核长大机制。针对二元Ni．川合金、三元Ni￡r．Al合金粗化过程的研究发现，它们的粗化过程均遵循由颗粒尺寸大小和位向共同决定的混合粗化机制。沉淀相形貌由初始时的不规则状随机分布逐渐转化为周边圆滑的长方块状，沿弹性“软”方向([100]

5、和[001])规则分布，形成具有高度择优取向的微观组织。方向关键词：微观相场；弹性畸变能；沉淀合金；粗化机制；序参数；弹性“软”IIAbsIraclAbstractBasedontllemicroel踮ticityt11eoryarldthemicrosc叩icph船e—fieldkine石cmodeJ，t11eso胁areofmicroscopicp11ase一丘eldincludingⅡ1eel船ticsh．aillencrgy、v船explored．Itcanbcappliedt0Ihesh

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7、zed越folIows：Whcnthes俩nene唱yiszero，tllecoarser血gpI．ocessfollowsLSWmecham锄．Whenthes吲nenergyisllig}峨tllecoarsenmgprocessfollowst11e嘶en酬oncomroliedmechallismof芦Dwinga11dcoarseningalongmeelasⅡcs睡direction．Whenthcsn．ainenergyisinterHlediate，mecoarsefdngproc

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