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.     

共格沉淀相粗化行为的计算机模拟研究

将微观弹性应变能理论和微观扩散方程相耦合，建立起时效过程微观晶格动力学模型。对溶质浓度为14at％的二元立方点阵模型合金的共格沉淀粗化行为进行模拟。研究发现：该合金沉淀机制以形核长大为主，兼有失稳分解特征；由于共格失配，沉淀相为片状，趋于沿弹性软化方向排列。其粗化作为伴随过程进行，位于软方向上的颗粒继续长大和粗化，位于软方向外的颗粒逐渐消失；而位于同一行或列上的颗粒则遵循：小颗粒溶解，大颗粒长大。     

δ′相在外场下早期沉淀机制的计算机模拟

基于离散格点形式的微扩散方程(Langevin方程)和非平衡自由能函数,编制了引入原子间相互作用能变化的Al3Li(δ′)相沉淀原子层面计算机模拟程序。该程序包容亚稳区到失稳区的全部温度、成分范围和孕育期至粗化的全过程,可以处理与时间相关的过程问题。开展了不同原子间相互作用势下原子图像、序参数的计算机模拟,进而探讨了最近邻原子相互作用能(W1)对有序相沉淀的影响机制。发现过渡区合金形核前出现短暂的等成分有序化阶段。探明随W1的增大,有序相沉淀的孕育期缩短,形核率增加,合金有序化速度和原子簇聚速度加快,在所研究的时间范围内达到的长程序参数和成分偏离序参数最大值增大。随W1的增大,有序相的析出呈现出失稳分解的特征。     

Al-Li合金中δ''相沉淀过程原子图像的计算机模拟

利用微观Langevin方程对δ‘相（Al3Li)沉淀过程的原子图像进行模拟研究。该方程不但能同时描述原子簇聚和有序化过程。将相分离和粗化在同一物理框架内考虑,而且无须预先设定第二相结构，可观察到动力学演化过程中可能出现的瞬时相。模拟结果表明：对于Al-15Li(原子分数，％）合金，最初在无序基体中出现的L12相浓度与无序相相同，L12相之间形成重位点阵界面；随后，L12相有序度进一步增加。重点点阵界面逐渐转变为L12结构；最后形成被反相畴界分开的L12结构单相有序相。单相有序相一经形成，便开始分解，分解主要发生在反相畴界处，富Li区向平衡δ‘相转化，贫Li区自发无序化，形成δ‘相与无序基体共存的平衡结构。在沉淀过程后期。δ‘相粗化特征明显。大颗粒长大。小颗粒变小或消失。两相界面由不规则变为平直。     

三元合金沉淀过程动力学模型的研究

三元合金沉淀过程动力学模型基于微观相场扩散方程建立，以原子占位几率和序参数描述合金沉淀过程的成分簇聚和有序化。该模型将三维问题进行二维投影，在倒易空间求解。该模型无需预先设定新相结构和沉淀类型，可对实际三元合金的沉淀过程进行模拟研究。     

2090铝锂合金中δ′相和T1相的复合强化作用

采用TEM观察2090和2090＋Ce两种铝锂合金中δ′相和T1相与位错的交互作用行为，利用图形定量分析结果和微观变形理论分别计算两个相的强化贡献，进而分析两相复合强化作用形式。分析结果表明：在近峰值时效区域，δ′和T1相强化作用的叠加关系与q=1．4的关系符合较好；欠时效时，δ′T1相强化贡献的叠加关系接近线性关系（q=1）；过时效时，却与抛物线型关系（q=2）符合较好。δ′和T1相强化作用的叠加关系对时效时间表现出较强的依赖性。     

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。     

Al-Li合金中δ′相沉淀过程原子图像的计算机模拟

利用微观Langevin方程对δ'用(Al3Li)沉淀过程的原子图像进行模拟研究．该方程不但能同时描述原子簇聚和有序化过程,将用分离和粗化在同一物理框架内考虑, 而且无须预先设定第二相结构,可观察到动力学演化过程中可能出现的瞬时相,模拟结果表明:对于Al-15Li(原子分数,%)合金,最初在无序基体中出现的L12相浓度与无序用相同,在L12相之间形成重位与阵界面;随后,L12相有序度进一步增加,重位点阵界面逐渐转变为L12结沟;最后形成被反相畴界分开的L12结构单相有序相,单相有序相一经形成,便开始分解,分解主要发生在反相畴界处,富Li区向平衡δ'相转化,贫Li区自发无序化,形成δ'相与无序基体共存的平衡结构,在沉淀过程后期,δ'相租化待证明显,大颗粒长大,小颗粒变小或消失,两相界面由不规则变为平直。     

利用FE-SEM分析Al-Si-Mg系和Al-Mg-Si系合金中Mg2Si沉淀相

以Al-Si-Mg系的A356合金和Al-Mg-Si系的6061合金中的Mg2Si沉淀相为研究对象.通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)的In-lens探头及低电压模式,分析Mg2Si沉淀相的析出情况及其表面形貌.结果表明:在低电压模式及In-lens探头双重条什下,可获得较好分辨率的Mg2Si沉淀相表面立体显微形貌;通过透射电子显微镜衍射分析发现在扫描电子显微镜中观察到的相确实为Mg2Si沉淀相.这种分析方法能够清晰观察到Mg2Si沉淀相的普遍析出情况.     

2090铝锂合金中δ′相和T_1相的复合强化作用

采用TEM观察2090和2090+Ce两种铝锂合金中δ′相和T1相与位错的交互作用行为,利用图形定量分析结果和微观变形理论分别计算两个相的强化贡献,进而分析两相复合强化作用形式。分析结果表明:在近峰值时效区域,δ′和T1相强化作用的叠加关系与q=1.4的关系符合较好;欠时效时,δ′、T1相强化贡献的叠加关系接近线性关系(q=1);过时效时,却与抛物线型关系(q=2)符合较好。δ′和T1相强化作用的叠加关系对时效时间表现出较强的依赖性。     

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。     

镍基高温合金γ′相析出的经典动态模型及应用

基于经典形核理论,考虑温度和保温时间对沉淀相析出的影响,建立了镍基高温合金中γ′沉淀相析出模型.同时结合GH738合金在等温时效实验条件下获得的γ′相析出特征值数据,验证模拟计算结果的相对正确性.结果表明,沉淀相析出过程经典动态模型可较好预测多元复杂镍基合金体系γ′相以均匀形核为主的析出过程.进一步利用该模型对GH80A,GH738,U720Li和DD407共计4种典型高温合金计算分析了Al和Ti含量及其比值变化对γ′相析出行为的影响.结果表明,对于γ′相平衡态含量,Al的作用程度比Ti大;而在Al+Ti总量不变的前提下,Ti含量增加将对提高γ′相的析出驱动力,从而减少完全析出时间有较大的贡献;Ti含量的增加也将使得沉淀相在析出初期的数量增加,而尺寸减小.     

Co-Pt合金中L10原子间相互作用势和沉淀过程的微观相场法研究

本文基于微观相场法和原子间相互作用势方程,计算出Co-Pt合金中L10结构第一近邻原子间相互作用势,计算结果得到Co-Pt合金中L10结构第一近邻原子间相互作用势随温度增大而增大,随浓度增大而增大,且计算得到的随温度和浓度变化的原子间相互作用势与之前的实验值符合较好。利用计算的原子间相互作用势模拟了Co-Pt合金沉淀过程以及最终形貌,模拟结果能得到L10和L12结构,根据序参数可以得到L10结构的沉淀转变机制特征是失稳分解,而后粗化长大且最终两相体积分数接近,合金沉淀形貌与实验结果符合。相场法计算Co-Pt合金中L10结构原子间相互作用势,拓展了相场法在含L10结构的合金设计中的应用范围。     

δ''相在外场下早期沉淀机制的计算机模拟

基于离散格点形式的微扩散方程(Langevin方程)和非平衡自由能函数,编制了引入原子间相互作用能变化的Al3Li(δ')相沉淀原子层面计算机模拟程序.该程序包容亚稳区到失稳区的全部温度、成分范围和孕育期至粗化的全过程,可以处理与时间相关的过程问题.开展了不同原子间相互作用势下原子图像、序参数的计算机模拟,进而探讨了最近邻原子相互作用能(W1)对有序相沉淀的影响机制.发现过渡区合金形核前出现短暂的等成分有序化阶段.探明随W1的增大,有序相沉淀的孕育期缩短,形核率增加,合金有序化速度和原子簇聚速度加快,在所研究的时间范围内达到的长程序参数和成分偏离序参数最大值增大.随W1的增大,有序相的析出呈现出失稳分解的特征.     

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。     

N18锆合金沉淀相分布特征的研究

主要通过定量金相法对7种加工状态的N18锆合金第二相颗粒(SPPs)进行研究,通过统计分析计算得到第二相大小、体积分数、分布规律等结果。7种加工样品分别为:锻造开坯态、热轧态、热轧退火态、冷轧态、冷轧退火态、终轧态、终轧退火态;同时还讨论第二相在加工过程中的长大因素和控制方法以及在随后退火过程中第二相与晶界的相互作用。     

FGH95合金中γ′相稳定性研究

利用扫描电镜和透射电镜观察分析了热等静压HIP FGH95高温合金经热处理后,基体中γ′相的形貌、分布和稳定性。结果表明:合金经热处理后基体为再结晶晶粒与原始枝晶的混晶组织。基体中除了晶界上分布的固溶处理未溶的棒状γ′相颗粒外,在再结晶晶粒内部还存在有大、中、小3种尺寸的γ′颗粒,其中大的方形γ′相颗粒尺寸约为0.5～0.8μm,并呈8个一组排列,此8个一组排列的γ′相颗粒是由合金在1160℃固溶冷却过程中所形成的单个高温γ′相分裂而形成。进一步观察发现,分裂后的方形γ′相颗粒在后续热处理过程中又发生了不稳定分解,在其颗粒内部有细小γ′相的重新析出,并且随着新析出γ′相的长大原来的方形γ′相颗粒逐渐消失。     

Al-Ag合金γ相周围无沉淀带形成的机理研究

运用固体经验电子理论(EET)，对Al—Ag合金γ相的价电子结构以及γ相与基体的界面能进行了计算。结果表明，沉淀相与基体的界面处能量连续性较差，γ相的表面结合能高于基体的表面结合能，在界面处形成能量势阱。因此结合能大的γ相表面易吸附界面附近基体的Ag原子，引起γ相周围Ag原子的贫乏，出现γ相无沉淀带(PFZ)。     

Ni75MnxAl25-x合金早期沉淀相的微观相场模拟

采用三元微观相场动力学模型研究Ni75MnxAl25-x合金早期沉淀相的形成过程。对合金微观组织演化图像、有序相体积分数曲线、序参数曲线及占位几率的分析表明:该合金首先析出L10结构,随后L10结构向L12结构转变,L12结构在L10结构的内部析出。随着Al浓度的增大,等成分有序化阶段缩短;且L10结构体积分数增大,发生结构转变的时间提前。Al和Mn原子在(001)和(002)面几乎同时有序排列,但是一定时间后(002)面原子开始贫化,发生结构转变,Al原子主要占据β位,Mn原子主要占据αⅡ位。合金最终析出单一的L12伪二元结构。     

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。