Fe-Cr合金纳米相分离的三维相场研究

发布时间：2022-10-08 14:36

　　Fe-Cr基不锈钢以其优异的高温力学性能、耐腐蚀性和抗辐照损伤性能,在核电站等领域应用广泛。在300-550℃范围内服役时,合金中的铁素体相发生分解,形成体心立方结构富Fe的α相和富Cr的α’相,合金的抗腐蚀性和韧性等力学性能恶化,引起“475℃脆性”现象,从而影响材料的使用寿命和安全性。此外,Fe-Cr合金的相分解机制随着成分和温度而变化。因此,研究α’’相的分解机制、微观组织演化及长大行为对评估和预测该合金在服役条件的性能变化有理论意义。基于Cahn-Hilliard扩散方程,建立与成分场演化相关的Fe-Cr合金三维相场模型,并对合金中α’相分离过程进行模拟。同时,与透射电镜（TEM）和三维原子探针（3DAPT）等实验结果进行比较,研究α’相的微观组织演变和分解机制,以及温度和成分对Fe-Cr合金α’相分离动力学的影响规律。Fe-Cr合金中析出的α’相在三维空间随机分布,且与基体间形成共格界面。在时效过程中,α’相长大和粗化以Ostwald熟化和连接合并两种机制进行,其尺寸大小与时效时间之间存在＜r∝tn关系。α’相的析出引起沉淀强化,使得合金硬度在时效早期快速增加,后期阶段增加缓... 

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1. 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 材料计算与模拟
        1.2.1 计算与模拟对材料研究的意义
        1.2.2 材料模拟方法
    1.3 材料微观组织的相场模拟
        1.3.1 相场模拟的特点及应用
        1.3.2 自由能密度泛函
        1.3.3 计算方法
    1.4 Fe-Cr合金α/α'相分解机制
    1.5 Fe-Cr合金α/α'相分解研究现状
        1.5.1 α/α'相分解的实验研究
        1.5.2 α/α'相分解的相场法研究
    1.6 本文的研究内容
2. 研究方法
    2.1 实验材料及方法
        2.1.1 实验材料和设备
        2.1.2 合金固溶处理及时效处理
        2.1.3 材料硬度测试
        2.1.4 微观组织分析
    2.2 相场模型的建立
        2.2.1 相场基本方程
        2.2.2 Fe-Cr合金相场模型
    2.3 实验及数值模拟研究过程
3. α'相分解机制及浓度对其转变动力学的影响
    3.1 引言
    3.2 Fe-Cr合金相分解机制的连续相场模拟
        3.2.1 Fe-Cr合金在形核和长大区域的α'相析出
        3.2.2 Fe-Cr合金在靠近失稳分解线区域的α相析出
        3.2.3 Fe-Cr合金在失稳分解区域的α'相析出
    3.3 Fe-Cr合金α'相TEM微观组织分析
    3.4 浓度对Fe-Cr合金纳米相分离动力学的影响
        3.4.1 浓度对α'相体积分数变化的影响
        3.4.2 浓度对α'相平均半径变化的影响
        3.4.3 浓度对α'相颗粒数密度变化的影响
    3.5 Fe-Cr合金α'相析出对硬度的影响
    3.6 本章小结
4. 温度对Fe-Cr合金α'相析出动力学的影响
    4.1 引言
    4.2 Fe-35αt.% Cr合金773 K相分解
        4.2.1 α'相组织及成分的三维原子探针分析
        4.2.2 α'相演化的相场模拟及实验对比
    4.3 温度对Fe-35at.% Cr合金α'相微观组织的影响
    4.4 温度对Fe-35at.% Cr合金纳米相分离动力学的影响
        4.4.1 温度对α'相体积分数变化的影响
        4.4.2 温度对α'相平均半径变化的影响
        4.4.3 温度对α相颗粒数密度变化的影响
        4.4.4 温度对α'相粒径分布变化的影响
    4.5 本章小结
结论
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]多场耦合的多元合金凝固过程相场法模拟[D]. 安灵敏.兰州理工大学 2014
[2]弹性应力下Ni-Al合金γ’相沉淀行为研究[D]. 程晓玲.南京理工大学 2013



本文编号：3687889