Ni75AlxV25合金沉淀过程界面演化规律的微观相场研究

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镍基高温合金具有良好的高温蠕变强度、抗疲劳性能、抗氧化和抗热腐蚀性能,广泛应用于制造工业中的热端部件,其中加入铝、钨、钼、钴等元素形成共格有序的A3B型金属间化合物作为强化相,可进一步提高合金高温强度,材料的界面如晶界、相界和表面等对于材料的力学性能有着非常重要的影响;同时弹性畸变能会引起沉淀相的位向性,反位缺陷则降低合金的层错能以及反相畴界能,均不同程度的对合金的强度、韧性、塑性以及抗蠕变性能等产生影响。本文基于微观相场动力学模型,以三元Ni75AlxV25-x合金为研究对象,采用MATLAB语言编程,通过模拟镍基合金的沉淀过程,对有序相的界面演化规律做了系统研究,同时分析了弹性畸变能、反位缺陷对界面演化的影响。通过模拟不同浓度合金在不同温度下的沉淀过程,发现L12同相间、DO22同相间以及L12相和DO22相异相间可分别形成四种、八种、四种界面结构类型:其中两种非迁移界面,且沉淀过程中界面结构保持不变;有七种迁移界面,五种迁移前后界面结构保持不变,两种迁移界面迁移前后界面结构发生变化。弹性畸变能使沉淀相形貌由椭圆状不规则分布变为带状规则分布,界面分布由无序杂乱状变为具有明显取向性;随着弹性畸变能的增大界面取向性更明显,并沿着弹性“软”方向分布,形成高度择优取向的排列方式。弹性畸变能对Ni75Al10V15合金沉淀过程中Ll2同相界面和Ll2相与DO22相间异相界面结构类型没影响,当考虑弹性畸变能时,DO22同相界面增加了两种界面结构类型(1 00)θ//(200)θ和( 001)θ//(200)θ;界面处Al原子置换V原子的过程有抑制作用,弹性能越大,抑制作用越明显。随着Al:V值的增大,α位的AlNi的反位缺陷减小,VNi的反位缺陷不变;β位的NiV和AlNi反位缺陷均变小,Al原子较容易占据DO22结构的α位;Ni3V相反位缺陷处形成了两种DO22相和Ll2相异相界面。
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