相场法研究温度、Cr浓度及位错对Fe-Cr合金α’相析出的影响
发布时间：2021-07-02 20:53
Fe-Cr合金由于其优异的高温力学性能和良好的耐辐射性能而作为核反应堆、航空航天管道的关键材料。由于Fe-Cr合金在573823K温度范围内使用时,会发生失稳分解产生富Cr的纳米级α’相,α’相会导致Fe-Cr合金的耐腐蚀性能和高温力学性能急剧降低。在不同Cr浓度和不同的温度下等温时效,会使Fe-Cr合金相分解产生的α’相大小,形貌,密度均有所不同;而位错以及位错空间位置也会影响α’相形核位置,扩散形式,颗粒大小和形貌。因此,研究Fe-Cr合金的相分解机制、微观形貌及其长大粗化过程对该合金的热时效组织演变、力学性能提高具有重要作用。本文主要基于Cahn-Hilliard扩散方程,建立Fe-Cr合金模型,采用周期性边界条件和半隐式傅里叶谱算法,在傅里叶空间求解。主要研究在不同温度下等温时效,Fe-35at.%Cr合金α’相的变化规律。在不同温度下等温时效的初始阶段Cr原子不断聚集逐渐分离出细小的α’相颗粒,随着时效的继续,细小的α’相颗粒逐渐转变为球状并独自长大粗化,未转变为球状的α’相颗粒会逐渐消失在基体中,最终达到平衡状态,α’相不再发生改变。随着温度的升高,球...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Fe-Cr二元合金温度随时间变化的相图
图 2.1:连续相场变量在二维体系空间中的离散晶格示意图Fig 2.1: Schematic diagram of discrete lattices of continuous phase field variables in atwo-dimensional system space( )c c c c 4c1, 1, , 1 , 1,2=2i j i j i j i ji jch+ + + + + (2.6)4c 4c 4c 4c c c c c 20c1, 1, , 1 , 1 1, 1 1, 1 1, 1 1, 1,2=2i j i j i j i j i j i j i j i ji ch+ + + + + + + + + + + + + (2.7其中▽2为拉普拉斯算符。四点差分法与九点差分法产生的离散截断误差分别是O(h2O(h4)，虽然后者计算误差小，但是相比五点差分法来说计算效率极低。因此在形成模算中空间离散通常采用五点式的方式。关于时间积分，则为了计算结果的稳定以及性，通常采用显式欧拉方法求解时间积分。为了便于说明有限差分的定律，假设自泛函可以表示为如下最简单的形式：
2 8 31225.7 124.134 23.5143 ln( ) 0.00439752 5.89269 10 77358.5 /0 T T T T T Fe + +6 38856.94 157.48 26.908 ln 0.00189435 2 1.47721 10 139250 0 T T T T T Cr + （ ）+ + + = 20500 - 9.68TFeCr129441.0 10 exp( )RKJ molFeT 129441.0 10 exp( )RKJ molFeT .1.1 不同温度下 Fe-35at.%Cr 合金 ′相微观形貌演变图 3.1(a)-(d)，图 3.3(a)-(d)，图 3.5(a)-(d)分别为 Fe-35at.％Cr 合金在 700，725 和 时效时 ′相微观形貌随时间的演化过程，图中红色代表富 Cr 的 ′相，蓝色代表的 Fe 的 基体相。(a) (b) (c)(d)
【参考文献】：
期刊论文
[1]Quantitative Phase Field Simulation of α Particle Dissolution in Ti–6Al–4V Alloys Below β Transus Temperature[J]. Mei Yang,Gang Wang,Tao Liu,Wen-Juan Zhao,Dong-Sheng Xu. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(08)
[2]Applied Strain Field on Microstructure Optimization of Ti-Al-Nb Alloy Computer Simulated by Phase Field Approach[J]. Wei GUO;Yaping ZONG;Gang WANG;Liang ZUO Department of Materials Science and Engineeing,Northeastern University,Shenyang 110004, China. Journal of Materials Science & Technology. 2004(03)
本文编号：3261208
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Fe-Cr二元合金温度随时间变化的相图
图 2.1:连续相场变量在二维体系空间中的离散晶格示意图Fig 2.1: Schematic diagram of discrete lattices of continuous phase field variables in atwo-dimensional system space( )c c c c 4c1, 1, , 1 , 1,2=2i j i j i j i ji jch+ + + + + (2.6)4c 4c 4c 4c c c c c 20c1, 1, , 1 , 1 1, 1 1, 1 1, 1 1, 1,2=2i j i j i j i j i j i j i j i ji ch+ + + + + + + + + + + + + (2.7其中▽2为拉普拉斯算符。四点差分法与九点差分法产生的离散截断误差分别是O(h2O(h4)，虽然后者计算误差小，但是相比五点差分法来说计算效率极低。因此在形成模算中空间离散通常采用五点式的方式。关于时间积分，则为了计算结果的稳定以及性，通常采用显式欧拉方法求解时间积分。为了便于说明有限差分的定律，假设自泛函可以表示为如下最简单的形式：
2 8 31225.7 124.134 23.5143 ln( ) 0.00439752 5.89269 10 77358.5 /0 T T T T T Fe + +6 38856.94 157.48 26.908 ln 0.00189435 2 1.47721 10 139250 0 T T T T T Cr + （ ）+ + + = 20500 - 9.68TFeCr129441.0 10 exp( )RKJ molFeT 129441.0 10 exp( )RKJ molFeT .1.1 不同温度下 Fe-35at.%Cr 合金 ′相微观形貌演变图 3.1(a)-(d)，图 3.3(a)-(d)，图 3.5(a)-(d)分别为 Fe-35at.％Cr 合金在 700，725 和 时效时 ′相微观形貌随时间的演化过程，图中红色代表富 Cr 的 ′相，蓝色代表的 Fe 的 基体相。(a) (b) (c)(d)
【参考文献】：
期刊论文
[1]Quantitative Phase Field Simulation of α Particle Dissolution in Ti–6Al–4V Alloys Below β Transus Temperature[J]. Mei Yang,Gang Wang,Tao Liu,Wen-Juan Zhao,Dong-Sheng Xu. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(08)
[2]Applied Strain Field on Microstructure Optimization of Ti-Al-Nb Alloy Computer Simulated by Phase Field Approach[J]. Wei GUO;Yaping ZONG;Gang WANG;Liang ZUO Department of Materials Science and Engineeing,Northeastern University,Shenyang 110004, China. Journal of Materials Science & Technology. 2004(03)
本文编号：3261208
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