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弹性应力下Ni-Al合金γ’相沉淀行为研究

程晓玲  
【摘要】:镍基高温合金具有优异的高温强度、韧性、抗疲劳性能、抗氧化和抗热腐蚀性能,被广泛应用于航空、航天等领域。镍铝合金γ’相的体积分数、尺寸、组织形态及空间分布决定着合金的强化程度。因此,Y’相的微观结构以及粗化行为研究对提高合金性能非常重要。 利用相场方法和微观弹性理论,采用周期性边界条件和半隐式傅里叶谱算法,在傅里叶空间中对Ginzburg-Landau方程和Cahn-Hilliard相场方程求解。利用Matlab7.0编程,研究了弹性应力、Al浓度以及温度对Ni-Al合金丫’相沉淀过程的影响规律和丫’相的转变动力学和粗化行为。 在晶格畸变引起的弹性应力作用下,Ni-18at.%Al合金γ’相的微观形貌由最初的球形逐渐变为方块状或长方块状,且沿弹性应变能最小的[10]和[01]方向分布。弹性应力会抑制Y’相的长大和粗化过程。γ’相有序化速率较成分变化速率快。 随着Al浓度的上升,Ni-Al合金γ’相的微观形貌由低浓度时的块状和长条状混合组织转变为高浓度下长条状分布,其成分、序参数以及体积分数变化加快,粗化速率减小。弹性应力对γ’相粗化过程的影响起主导作用。 随着时效温度的降低,Ni-Al合金γ’相的微观形貌由高温时的方块状转变为较低温时的长方块状分布,同时块状的颗粒长大粗化并相互连接,其成分、序参数以及体积分数变化加快,γ’相的数量不断增多、粗化速率不断减小。 Ni-Al合金Y’相在粗化过程中,其颗粒尺寸与时间的立方根成正比。弹性应力作用下,Y’相的粗化行为符合LSEM理论。弹性应变会阻碍γ’相的长大和粗化过程。


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