相場法模擬Ni-Al-Cr合金時效時γ’相形貌的演化過程.pdf

1、沉淀強(qiáng)化是Ni基高溫合金的主要強(qiáng)化方式，而γ'沉淀相是重要的強(qiáng)化相。根據(jù)沉淀強(qiáng)化基本理論，組織結(jié)構(gòu)特征如第二相粒子尺寸、數(shù)量、分布是影響強(qiáng)化效應(yīng)的重要因素。對Ni-Al-Cr三元合金時效過程中γ'沉淀相微觀組織形貌以及沉淀動力學(xué)的研究將有助于深入理解具有更復(fù)雜成分的高溫合金強(qiáng)化機(jī)制，并為高溫合金時效熱處理以及提升高溫合金性能提供指導(dǎo)。
　　本文建立了耦合CALPHAD方法的三元相場模型，同時通過耦合經(jīng)典形核理論定量模擬了Ni-5.

2、2Al-14.2Cr at.％合金在873K的等溫時效過程。通過耦合彈性應(yīng)變能，本文對不同彈性能下的Ni-Al-Cr合金體系進(jìn)行相場模擬。在此基礎(chǔ)上，通過改變合金成分，對不同平衡態(tài)沉淀相體積分?jǐn)?shù)的Ni-Al-Cr合金體系進(jìn)行了模擬。
　　本文研究了Ni-5.2Al-14.2Cr at.％合金873K時效過程沉淀相形貌的演化過程并定量分析了沉淀動力學(xué)。模擬結(jié)果顯示，γ'沉淀相粒子在整個時效過程中保持球形，隨機(jī)分布在基體上，早期存在少

3、量粒子融合產(chǎn)生的頸縮形貌。與只存在一種有序相變體的合金體系模擬結(jié)果對比顯示，γ'沉淀相反相疇界的存在會阻礙早期粒子間的融合。60h的時效沉淀過程可以根據(jù)主導(dǎo)機(jī)制分為四個階段:形核階段，過渡階段，準(zhǔn)粗化階段，純粗化階段。進(jìn)一步將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果對比顯示，相場模擬基本再現(xiàn)了實驗中觀察到的形核、生長、粗化過程，同時沉淀動力學(xué)也與實驗基本一致。
　　通過耦合彈性能，本文研究了彈性能對沉淀相形貌的影響。模擬結(jié)果顯示，彈性應(yīng)變能對沉淀相粒子

4、形貌有明顯影響:彈性能的存在會使得沉淀相粒子逐漸由圓形轉(zhuǎn)變?yōu)榉叫位蜷L方形;同時彈性能會使得粒子沿著兩個彈性軟方向?qū)R，最終形成實驗觀察到的不連續(xù)筏狀形貌。
　　通過改變彈性能的大小，本文研究了彈性應(yīng)變能對Ni-Al-Cr合金沉淀動力學(xué)的影響。模擬結(jié)果顯示彈性能的存在會使得沉淀過程產(chǎn)生分段現(xiàn)象，第一段的沉淀動力學(xué)基本滿足Ostwald粗化理論的立方定律，第二階段的沉淀動力學(xué)則會發(fā)生偏離立方定律，彈性能的存在會減緩這一階段的粗化過程。