本文關(guān)鍵詞：體擴(kuò)散和界面擴(kuò)散下Ni-Al合金沉淀行為

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【摘要】：鎳基高溫合金具有良好的抗疲勞、抗氧化和抗熱腐蝕等綜合性能,是高溫、高壓等復(fù)雜環(huán)境下部件制造關(guān)鍵用材。合金在高溫下服役過程中,原子的擴(kuò)散引起γ'強(qiáng)化相的成分、微觀組織變化,導(dǎo)致合金的性能退化。因此,研究合金中原子的擴(kuò)散對(duì)設(shè)計(jì)、改善和提高合金的性能具有重要意義。本文利用相場方法,分別建立體擴(kuò)散和界面擴(kuò)散控制的相場模型。采用周期性邊界條件和半隱式傅里葉譜算法,在傅里葉空間中對(duì)Ginzburg-Landau和Cahn-Hilliard控制方程求解,模擬Ni-Al合金在不同擴(kuò)散控制下的丫→γ'有序相沉淀過程,探明γ'的尺寸、體積分?jǐn)?shù)、粗化速率和成分的變化規(guī)律。在體擴(kuò)散控制下,形核階段,隨著擴(kuò)散的加快,γ'相難以形核,初始核心數(shù)量較少。隨著時(shí)效過程的進(jìn)行,γ'相通過吸收γ中溶質(zhì)原子而逐漸長大,基體中溶質(zhì)原子的過飽和度逐漸減小。粗化階段,擴(kuò)散系數(shù)越大,γ'相平均半徑越大,γ'相的粗化速率加快,γ相中過飽和度減小越快,γ/γ'相間界面寬度越窄。在界面擴(kuò)散控制下,隨著溫度的升高、Al濃度的降低以及彈性應(yīng)變的作用,γ'相達(dá)到平衡時(shí)的體積分?jǐn)?shù)、平均粒徑、粗化速率均減小。此外,與體擴(kuò)散相比,界面擴(kuò)散下的γ'相達(dá)到平衡時(shí)的體積分?jǐn)?shù)、平均粒徑、粗化速率都增加。在體擴(kuò)散控制下,γ'相界面遷移需要溶質(zhì)原子在基體中的長程擴(kuò)散,γ'相界面遷移速度較慢；而在界面擴(kuò)散控制下,γ'相界面遷移僅取決于界面最前沿原子躍過界面γ'相界面遷移速度相對(duì)較快。
【關(guān)鍵詞】：Ni-Al合金 體擴(kuò)散 界面擴(kuò)散 相場 粗化
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.15
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-29
• 1.1 研究背景及意義10-12
• 1.2 計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法12-16
• 1.2.1 分子動(dòng)力學(xué)方法13-14
• 1.2.2 蒙特卡洛方法14-15
• 1.2.3 元胞自動(dòng)機(jī)方法15
• 1.2.4 第一性原理方法15-16
• 1.2.5 有限元方法16
• 1.3 相場方法16-19
• 1.3.1 基本原理16-17
• 1.3.2 步驟17-18
• 1.3.3 特點(diǎn)18
• 1.3.4 與其他計(jì)算機(jī)模擬方法的比較18
• 1.3.5 研究進(jìn)展18-19
• 1.4 鎳基高溫合金強(qiáng)化機(jī)理19-22
• 1.4.1 第二相強(qiáng)化20-21
• 1.4.2 固溶強(qiáng)化21-22
• 1.5 固態(tài)相變22-25
• 1.5.1 一級(jí)相變和二級(jí)相變22-23
• 1.5.2 重構(gòu)型相變和位移型相變23
• 1.5.3 有核相變和無核相變23-24
• 1.5.4 擴(kuò)散型相變和非擴(kuò)散型相變24-25
• 1.6 鎳基合金相變過程25-28
• 1.6.1 形核理論25-26
• 1.6.2 生長理論26
• 1.6.3 粗化理論26-28
• 1.7 本文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)28-29
• 2 Ni-Al合金相場模型29-38
• 2.1 相場模型的建立29-32
• 2.1.1 相場控制方程29-30
• 2.1.2 系統(tǒng)總自由能30-32
• 2.1.2.1 化學(xué)自由能30-31
• 2.1.2.2 彈性應(yīng)變能31-32
• 2.2 無量綱化32-34
• 2.3 數(shù)值求解34-35
• 2.4 物性參數(shù)35-36
• 2.5 模擬思路36-38
• 3 體擴(kuò)散控制下Ni-Al合金沉淀過程的研究38-51
• 3.1 不同擴(kuò)散系數(shù)下Ni-Al合金微觀結(jié)構(gòu)演變38-43
• 3.1.1 χ=0.0004時(shí),Ni-Al合金微觀結(jié)構(gòu)演變38-39
• 3.1.2 χ=0.002時(shí),Ni-Al合金微觀結(jié)構(gòu)演變39-40
• 3.1.3 χ=0.004時(shí),Ni-Al合金微觀結(jié)構(gòu)演變40-42
• 3.1.4 擴(kuò)散系數(shù)對(duì)γ'相顆粒平均半徑的影響42-43
• 3.2 擴(kuò)散系數(shù)對(duì)Ni-Al合金沉淀過程的影響規(guī)律43-50
• 3.2.1 擴(kuò)散系數(shù)對(duì)Ni-Al合金γ'相序參數(shù)的影響43-44
• 3.2.2 擴(kuò)散系數(shù)對(duì)Ni-Al合金γ'相成分的影響44-47
• 3.2.3 擴(kuò)散系數(shù)對(duì)Ni-Al合金γ'相界面寬度的影響47-48
• 3.2.4 擴(kuò)散系數(shù)對(duì)Ni-Al合金粗化過程的影響48-50
• 3.3 本章小結(jié)50-51
• 4 界面擴(kuò)散控制下Ni-Al合金沉淀過程的研究51-61
• 4.1 濃度對(duì)Ni-Al合金沉淀過程的影響規(guī)律51-53
• 4.1.1 濃度對(duì)Ni-Al合金γ'相體積分?jǐn)?shù)變化的影響51-52
• 4.1.2 濃度對(duì)Ni-Al合金γ'相平均顆粒半徑的影響52
• 4.1.3 濃度對(duì)Ni-Al合金γ'相粗化行為的影響52-53
• 4.2 溫度對(duì)Ni-Al合金沉淀過程的影響規(guī)律53-55
• 4.2.1 溫度對(duì)Ni-Al合金γ'相體積分?jǐn)?shù)變化的影響53-54
• 4.2.2 溫度對(duì)Ni-Al合金γ'相平均顆粒半徑的影響54
• 4.2.3 溫度對(duì)Ni-Al合金γ'相粗化行為的影響54-55
• 4.3 彈性能對(duì)Ni-Al合金沉淀過程的影響規(guī)律55-58
• 4.3.1 彈性能對(duì)Ni-Al合金γ'相體積分?jǐn)?shù)變化的影響56
• 4.3.2 彈性能對(duì)Ni-Al合金γ'相平均顆粒半徑的影響56-57
• 4.3.3 彈性能對(duì)Ni-Al合金γ'相粗化行為的影響57-58
• 4.4 擴(kuò)散類型對(duì)Ni-Al合金沉淀過程的影響規(guī)律58-60
• 4.4.1 擴(kuò)散類型對(duì)Ni-Al合金γ'相體積分?jǐn)?shù)變化的影響58
• 4.4.2 擴(kuò)散類型對(duì)Ni-Al合金γ'相平均顆粒半徑的影響58-59
• 4.4.3 擴(kuò)散類型對(duì)Ni-Al合金γ'相粗化行為的影響59-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 附錄67

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本文編號(hào)：808840