Ni-Al-Ti合金沉淀过程的微观相场研究

发布时间：2017-10-21 01:25

  本文关键词：Ni-Al-Ti合金沉淀过程的微观相场研究

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【摘要】：由于镍基合金具有优良的高温特性，以及极佳的耐疲劳、耐氧化和耐腐蚀性能，所以其在航空航天领域得到广泛应用。Ni3X在镍基合金中具有重要的作用，镍基合金中最重要的强化相就为Ni3X。但是Ni3X主要在镍基合金沉淀过程中析出，所以研究镍基合金的沉淀过程很有必要。合金的时效温度，合金的成分以及弹性应变能对合金的沉淀过程以及原子在格点的占位情况都会产生影响。 本文通过微观相场动力学模型，将Ni-Al-Ti合金作为研究对象，利用MATLAB语言编制的程序，通过在MATLAB软件的环境中运行，模拟了合金时效温度、合金的成分以及弹性应变能对合金的沉淀相变过程和原子占位的影响。 通过对Ni-Al-Ti合金在不同的温度下、不同的Al原子浓度和不同的弹性应变能下进行研究，研究发现在不同的温度下、不同的Al原子浓度和不同的弹性应变能常数下，合金的沉淀过程都经历了原子的聚簇，L10过渡相的析出，L10过渡相的有序化和L12相的析出同时进行，化学计量比的L12有序相的形成。三种原子在合金各个格点占位几率的规律如下：Ni原子占据α1位和α2位，Al原子和Ti原子共同占据β位，Ti原子优先占据β位，但是Al原子在β位的占位几率始终都大于Ti原子的占位几率。 温度的升高促进了Ni75Al14Ti11合金反位原子的占位，抑制了正位原子的占位。随着弹性应变能的增大，促进了正位原子在格点的占位，抑制了反位原子在格点的占位。 Al原子浓度的增大促进了Ni75AlxTi25-x（x=12、14、16、18）合金中Ni原子在α1位和α2位的占位几率，抑制了Ni原子在β位的占位几率。对于Al和Ti原子，Al原子浓度的增大促进了Al原子在三种格点的占位几率，抑制了Ti原子在三种格点的占位几率。 在弹性应变能的作用下，Ni75Al14Ti11合金中的有序相有沿着弹性软方向（[100]和[001]方向）排列的趋势，并且随着弹性应变能的增大，合金中的有序相沿着弹性软方向排列的趋势增大，，在弹性应变能的作用下，合金中有序相的形状由原来的无规则的形状转向条状、块状的规则形状改变。并且随着弹性应变能的增加，合金中有序相的形状更加规则。
【关键词】：Ni-Al-Ti合金 微观相场模型 沉淀过程 原子占位 弹性应变能
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.15
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 合金沉淀相变的研究背景及意义11
• 1.2 计算机模拟方法11-14
• 1.2.1 蒙特卡罗法12
• 1.2.2 分子动力学方法12-13
• 1.2.3 元胞自动机法13
• 1.2.4 相场法13-14
• 1.3 镍基高温合金概述14-15
• 1.4 合金沉淀过程概述15-17
• 1.5 本文主要研究内容和框架体系17-19
• 第2章 微观相场动力学模型19-30
• 2.1 模型的假设19
• 2.2 模型的特点19-20
• 2.3 二元合金体系动力学模型20-21
• 2.3.1 二元合金体系微观相场扩散方程20
• 2.3.2 二元合金体系微观 Langevin 方程20-21
• 2.4 三元合金体系动力学模型21-27
• 2.4.1 三元合金体系微观扩散方程21-22
• 2.4.2 傅里叶空间中的微观 Langevin 方程22
• 2.4.3 平均场自由能22-23
• 2.4.4 四近邻原子间相互作用近似23-24
• 2.4.5 微观弹性相互作用24-25
• 2.4.6 含弹性能的微观 Langevin 方程25
• 2.4.7 应用于面心立方晶格 fcc25-26
• 2.4.8 最终的动力学方程26-27
• 2.4.9 随机噪声项27
• 2.5 本文研究对象27-28
• 2.6 计算环境28-30
• 第3章 温度对 Ni_(75)Al_(14)Ti_(11)合金沉淀过程的影响30-53
• 3.1 沉淀过程的有序相30-32
• 3.1.1 L1_2有序相30-31
• 3.1.2 L1_0有序相31-32
• 3.2 不同温度下合金的沉淀过程32-49
• 3.2.1 T=1123K 时合金的沉淀过程32-39
• 3.2.2 T=1223K 时合金的沉淀过程39-44
• 3.2.3 T=1323K 时合金的沉淀过程44-49
• 3.3 时效温度对原子占位几率的影响49-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第4章 合金成分对 Ni-Al-Ti 合金沉淀过程的影响53-67
• 4.1 不同合金成分下合金的沉淀过程53-63
• 4.1.1 Ni_(75)Al_(12)Ti_(13)合金的沉淀过程53-56
• 4.1.2 Ni_(75)Al_(14)Ti_(11)合金的沉淀过程56
• 4.1.3 Ni_(75)Al_(16)Ti_9合金的沉淀过程56-60
• 4.1.4 Ni_(75)Al_(18)Ti_7合金的沉淀过程60-63
• 4.2 Al 原子浓度对原子占位几率的影响63-66
• 4.3 本章小结66-67
• 第5章 弹性应变能对 Ni_(75)Al_(14)Ti_(11)合金沉淀过程的影响67-77
• 5.1 M=300 时 Ni_(75)Al_(14)Ti_(11)合金原子演化过程67-69
• 5.2 M=600 时 Ni_(75)Al_(14)Ti_(11)合金原子演化过程69-71
• 5.3 M=900 时 Ni_(75)Al_(14)Ti_(11)合金原子演化过程71-75
• 5.4 本章小结75-77
• 结论77-78
• 参考文献78-83
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果83-84
• 致谢84-85

【参考文献】

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本文编号：1070483