本文關(guān)鍵詞：相場法研究退火條件下含第二相顆粒的高溫合金的晶粒生長

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【摘要】：高溫合金具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性以及抗熱疲勞性能,是國防建設(shè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中重要材料,也是科學(xué)研究中的熱門領(lǐng)域。有學(xué)者曾提出通第二相顆粒釘扎晶界提高高溫合金的強(qiáng)度和硬度等性能,也有學(xué)者提出形成柱狀晶結(jié)構(gòu)(織構(gòu))來增加抗蠕變性能及抗疲勞性能,這些方法都是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)的,其理論還不夠完善；后來著名學(xué)者H.J.Frost和I.Baker在前人實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用前端追蹤法來模擬這兩個實(shí)驗(yàn)過程,總結(jié)出晶界角和晶界遷移率及晶界能量之間的函數(shù)關(guān)系,理論解釋了晶粒組織和強(qiáng)化的關(guān)系。本人已學(xué)會了前人采用的前端追蹤法模擬,并且曾閱讀過大量關(guān)于高溫合金強(qiáng)化的文獻(xiàn)。所以本文是在已有理論基礎(chǔ)上通過結(jié)合材料研究最前沿的模擬方法——相場法,來對高溫合金的強(qiáng)化過程及理論作進(jìn)一步深化。在本論文模擬中將采用包含第二相顆粒在內(nèi)的晶粒長大的熱力學(xué)模型,分別從均勻退火和定向退火兩個方面來模擬高溫合金的晶粒組織變化過程。得出結(jié)論：1、第二相顆粒存在于晶界和“三叉晶”位置,在均勻退火過程中,對晶界遷移有釘扎作用。退火溫度越高,晶界遷移能量越大,遷移速率越快,越容易擺脫第二相釘扎,晶粒半徑越大。2、第二相顆粒對晶粒長大的影響主要取決于第二相尺寸和含量。第二相擴(kuò)散速率在低范圍內(nèi)變化,顆粒沒發(fā)生粗化,對晶界具有釘扎作用。第二相含量越高,處于晶內(nèi)和晶界的第二相顆粒越多,釘扎作用越明顯。3、定向退火時,熱力學(xué)模型參數(shù)(移動熱區(qū)溫度、寬度、速度)及第二相顆粒含量對柱狀晶形成有顯著的影響。其柱狀晶的長寬比主要決定于柱狀晶的長度。4、柱狀晶的晶界可沿著第二相顆粒排列方向生長,且排列間距在一定范圍內(nèi),可一定程度上改變柱狀晶晶界的運(yùn)動方向,否則影響很小。5、定向退火過程中的柱狀晶生長存在競爭關(guān)系和合并機(jī)制,即粗大的柱狀晶在生長過程中抑制了細(xì)柱狀晶的生長并最終合并,沿軸向生長的柱狀晶抑制偏離軸向生長的柱狀晶。本論文從模擬的角度展示了高溫合金在退火過程中的結(jié)構(gòu)的微小變化,揭示了其變化的機(jī)理及與強(qiáng)化變化的關(guān)系,對指導(dǎo)高溫合金材料的工藝設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：相場法 均勻退火 定向退火 第二相顆粒 晶粒長大 釘扎
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG132.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 引言12-13
• 1.2 高溫合金的強(qiáng)化的機(jī)制及第二相強(qiáng)化研究13-15
• 1.2.1 高溫合金的強(qiáng)化機(jī)制13-14
• 1.2.2 第二相顆粒的強(qiáng)化研究14-15
• 1.3 高溫合金柱狀晶的研究15-20
• 1.3.1 定向凝固技術(shù)在柱狀晶制備中的研究15-17
• 1.3.2 定向退火技術(shù)的理論及在柱狀晶制各中研究17-19
• 1.3.3 定向退火技術(shù)的計算機(jī)模擬研究19-20
• 1.4 問題提出及本文研究內(nèi)容20-23
• 1.4.1 本課題組已做工作20-21
• 1.4.2 問題的提出21
• 1.4.3 選題意義21
• 1.4.4 本文的研究內(nèi)容21-23
• 第二章 相場法23-30
• 2.1 相場法理論以及模型23-25
• 2.1.1 相場法理論基礎(chǔ)23-24
• 2.1.2 單相相場模型24-25
• 2.1.3 含第二相顆粒的相場模型25
• 2.2 自由能密度函數(shù)的構(gòu)造和動力學(xué)方程25-27
• 2.2.1 自由能密度函數(shù)25-26
• 2.2.2 動力學(xué)方程26-27
• 2.3 相場法的數(shù)值化處理27-30
• 2.3.1 有限差分法和穩(wěn)定條件27-28
• 2.3.2 數(shù)據(jù)初始化和邊界條件28-29
• 2.3.3 組織可視化29-30
• 第三章 均勻退火時高溫合金晶粒生長30-43
• 3.1 相場模型的設(shè)計30-32
• 3.1.1 自由能方程以及動力學(xué)方程30
• 3.1.2 模擬計算機(jī)區(qū)域的設(shè)計30-31
• 3.1.3 晶界遷移率以及雜質(zhì)相的設(shè)置31-32
• 3.2 晶界遷移率L_i對高溫合金晶粒長大的影響32-36
• 3.2.1 樣品制備和模擬參數(shù)的設(shè)置32-34
• 3.2.2 均勻退火時不同遷移率對晶粒生長影響34-36
• 3.3 第二相擴(kuò)散速率M對高溫合金晶粒長大的影響36-39
• 3.4 第二相含量f對高溫合金晶粒長大的影響39-41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 第四章 定向退火時高溫合金柱狀晶生長43-56
• 4.1 相場模型的建立43-44
• 4.1.1 定向退火的移動熱區(qū)模型43
• 4.1.2 自由能方程及參數(shù)的選擇43-44
• 4.2 晶界遷移率L_i對高溫合金柱狀晶生長的影響44-46
• 4.3 熱區(qū)移動速率V對高溫合金柱狀晶生長的影響46-48
• 4.4 熱區(qū)寬度W對高溫合金柱狀晶生長的的影響48-50
• 4.5 第二相顆粒對高溫合金柱狀晶生長的影響50-54
• 4.5.1 第二相顆粒含量f對柱狀晶生長影響50-53
• 4.5.2 平行排列的第二相顆粒對高溫合金柱狀晶生長的影響53-54
• 4.6 本章結(jié)論54-56
• 第五章 總結(jié)56-58
• 參考文獻(xiàn)58-63
• 致謝63-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文64

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 李愛蘭,曾燮榕,曹臘梅,湯鑫,蓋其東;航空發(fā)動機(jī)高溫材料的研究現(xiàn)狀[J];材料導(dǎo)報;2003年02期

2 黃創(chuàng)高;田軍龍;羅志榮;高英俊;;陶瓷顆粒燒結(jié)過程中氣孔的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移[J];廣西物理;2010年01期

3 羅志榮;劉瑤;鄧芊芊;黃禮琳;高英俊;;相場方法研究定向退火條件下柱狀晶粒的形成過程[J];廣西物理;2013年01期

4 高英俊;盧成健;黃禮琳;羅志榮;黃創(chuàng)高;;晶界位錯運(yùn)動與位錯反應(yīng)過程的晶體相場模擬[J];金屬學(xué)報;2014年01期

5 龍永強(qiáng);劉平;劉勇;潘健生;;相場法模擬球形和盤形第二相粒子對晶粒長大的影響[J];中國有色金屬學(xué)報;2009年01期

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本文編號：602835