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Ni75Al14Mo11合金沉淀过程及原子占位的微观相场研究
作 者: 杨东然
导 师: 赵宇宏
学 校: 中北大学
专 业: 材料加工工程
关键词: Ni75Al14Mo11合金 微观相场模型 沉淀过程 原子占位 弹性畸变能
分类号: TG132.3
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
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内容摘要
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镍基高温合金具有良好的高温蠕变强度，以及抗疲劳、抗氧化和抗热腐蚀性能，因此广泛应用于制造发动机等热端部件。研究合金的沉淀过程有助于精确分析和控制合金的微观组织，进而改善合金性能。原子在微观组织中的占位行为，与材料的力学性能、电性能、磁性能等有着密切的联系，原子在微观组织中的占位行为越来越成为人们关注的焦点之一。本文基于微观相场动力学模型，以三元Ni75Al14Mo11合金为研究对象，采用MATLAB语言编程，通过模拟合金的沉淀过程，分析了温度对Ni75Al14Mo11合金沉淀过程及沉淀相中原子占位的影响，以及温度和弹性畸变能耦合作用下弹性畸变能常数对Ni75Al14Mo11合金沉淀过程及沉淀相中原子占位的影响，最后，探讨了有序相界面处合金原子的跃迁和迁移以及界面的演化过程。通过对Ni75Al14Mo11合金在不同温度和不同弹性畸变能常数下的沉淀过程进行模拟研究，发现其沉淀过程为溶质原子簇聚→L10过渡相的有序化→L12稳定有序相生成，且没有析出Ni3Mo结构；各格点位置的占位规律为：α位逐步被Ni原子所占据，β1位先有一个被Al原子和Mo原子占据的短暂阶段，随后又被Ni原子所重新取代，β2位（面心立方的顶角位）主要被Al原子和Mo原子共同占据，且Al原子在β2位的占位几率始终高于Mo原子；Mo原子在Ni3Al基合金中趋向于替代Al原子，优先占据Al位。温度的升高促进了反位原子的占位，减缓了合金沉淀的速度，抑制了沉淀形核和合金的有序化进程，降低了合金中有序相的浓度。随弹性畸变能增大，原子占位排列有序化增大，沉淀相颗粒变粗大且择优取向性越来越明显，沿弹性“软”方向规则排列的现象加剧，L10过渡有序相的单一取向性加剧，弹性畸变能对沉淀孕育期的影响不大，但促进了合金的有序化程度和原子的占位。由于形成Ni3Al较形成Ni3Mo容易，且形成的Ni3Al的稳定性较Ni3Mo的稳定性高，所以没有出现Ni3Mo结构。Ni75Al14Mo11合金在973K下时效时，在L12相之间形成了三种界面A、B、C，其中A为（100）和（200）相对应的界面，B为（100）和（200）相对应且中间有一个Ni原子的界面，C为（100）和（100）相对应的界面。界面A上位置1处的Al、Mo原子和位置2处的Ni原子相互交换导致A界面的迁移，且迁移前后界面的结构不发生变化。界面B和界面C处虽然析出了Ni原子和Mo原子，但没有形成Ni3Mo有序结构，使得界面变宽。界面不同，界面的宽度也不同。
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全文目录
摘要 4-6
Abstract 6-11
第1章 绪论 11-21
1.1 合金沉淀相变的研究背景及意义 11
1.2 合金沉淀相变的研究方法 11-15
1.3 镍基合金概述 15
1.4 合金沉淀过程研究进展 15-18
1.5 Ni3Al 中合金元素择优占位的研究现状 18-19
1.6 本文主要研究内容和框架体系 19-21
第2章 微观相场动力学模型 21-32
2.1 引言 21
2.2 模型的基本假设 21-22
2.3 模型的特点及优点 22
2.4 二元体系动力学模型 22-23
2.4.1 二元体系微观相场扩散方程 22-23
2.4.2 微观 Langevin 方程 23
2.5 三元体系动力学模型 23-30
2.5.1 三元体系微观扩散方程 24-25
2.5.2 傅里叶空间中的微观 Langevin 方程 25
2.5.3 平均场自由能 25-26
2.5.4 四近邻原子间相互作用近似 26
2.5.5 微观弹性相互作用 26-27
2.5.6 含弹性能的微观 Langevin 方程 27-28
2.5.7 应用于面心立方晶格 fcc 28-29
2.5.8 最终的动力学方程 29-30
2.5.9 随机噪声项 30
2.6 本文研究对象 30-31
2.7 计算环境 31-32
第3章 温度对 Ni_(75)Al_(14)Mo_(11)合金沉淀过程及原子占位的影响 32-67
3.1 沉淀相的有序结构 32-36
3.1.1 Ll_2相结构 32-33
3.1.2 DO_(22)相结构 33-34
3.1.3 L_(10)相结构 34-36
3.2 不同温度下合金沉淀过程及原子占位的研究 36-56
3.2.1 温度为 873K 时合金沉淀过程及原子占位的研究 36-44
3.2.2 温度为 973K 时合金沉淀过程及原子占位的研究 44-50
3.2.3 温度为 1073K 时合金沉淀过程及原子占位的研究 50-56
3.3 温度对原子占位形貌演化的影响 56-59
3.4 温度对原子占位几率的影响 59-63
3.5 温度对沉淀孕育期及有序化的影响 63-64
3.6 温度对合金中反位原子占位影响的理论判据 64-65
3.7 温度对合金原子占位驱动力影响的理论判据 65-66
3.8 本章小结 66-67
第4章 温度和弹性畸变能耦合对 Ni_(75)Al_(14)Mo_(11)合金沉淀过程及原子占位的影响 67-96
4.1 不同弹性畸变能下 Ni_(75)Al_(14)Mo_(11)合金沉淀过程及原子占位的研究 67-83
4.1.1 T=973K，B=300 时 Ni_(75)Al_(14)Mo_(11)合金沉淀过程及原子占位的研究 67-72
4.1.2 T=973K，B=500 时 Ni_(75)Al_(14)Mo_(11)合金沉淀过程及原子占位的研究 72-77
4.1.3 T=973K，B=800 时 Ni_(75)Al_(14)Mo_(11)合金沉淀过程及原子占位的研究 77-83
4.2 弹性畸变能对原子占位形貌演化的影响 83-87
4.3 弹性畸变能对原子占位几率的影响 87-90
4.4 弹性畸变能对沉淀孕育期及有序化的影响 90-92
4.5 金属间化合物 Ni3Al 和 Ni3Mo 的生成焓和结合能 92-94
4.5.1 金属间化合物 Ni_3Al 和 Ni_3Mo 的生成焓 92-93
4.5.2 金属间化合物 Ni_3Al 和 Ni_3Mo 的结合能 93
4.5.3 未生成有序相 Ni_3Mo 的原因分析 93-94
4.6 本章小结 94-96
第5章 Ni_(75)Al_(14)Mo_(11)合金沉淀过程中界面的演化规律 96-105
5.1 有序相结构及其投影示意图 96-97
5.2 有序相之间的界面类型 97-99
5.2.1 有序相之间的界面演化过程 97-98
5.2.2 有序相之间的界面结构类型 98-99
5.3 界面的迁移 99-102
5.3.1 界面 A 处原子的跃迁 99-100
5.3.2 界面 B 处原子的跃迁 100-101
5.3.3 界面 C 处原子的跃迁 101-102
5.4 界面处的局部序参数分析 102-104
5.5 本章小结 104-105
结论 105-107
参考文献 107-113
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果 113-114
致谢 114-115
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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 合金学与各种性质合金 > 特种物理性质合金 > 特种热性质合金
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