Ni-Al合金γ′相回溶微观组织及动力学研究

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镍基高温合金L12?γ?强化相的高温稳定性是决定其性能主要因素,而γ?相在高温和应力状态下发生回溶,引起组织性能的不利变化。因此,研究γ?相回溶机制和动力学演化规律具有重要意义。本文利用亚点阵相场模型,研究了二维模拟系统中γ?相在应力作用下等温、连续升温和二次时效过程中的微观形貌及动力学演化规律,为高温合金组织稳定性提供理论参考。γ?相的取向排列影响其高温稳定性。Ni?15 at.%Al合金在700 K等温时效过程中,沿[01]或[10]弹性软方向排列的γ?相与处于同一行列的相邻γ?相合并,而未进入取向列中的γ?相倾向于通过奥斯瓦尔德熟化机制溶解。升温过程中处于取向列中的γ?相回溶更慢,表现了更高的高温稳定性。Ni?15 at.%Al合金连续升温过程中,γ?相发生回溶的同时伴随着粗化,较低升温速率下,γ?相的体积分数和平均半径在升温一段时间内仍然增加,出现“回溶滞后”现象,随着升温速率增大,“回溶滞后”现象减弱。连续升温过程中γ?相的体积分数fv和颗粒平均半径f(27)r(29)与升温速率k呈现幂函数关系:f=akb+c。Ni?17 at.%Al合金在等温时效过程中,应变在水平和垂直基体通道间形成的弹性应变能差,使Al原子定向扩散,形成筏化组织,同时改变平衡相成分,拉应变为0.02时,γ?相体积分数增加了1.07%。Ni?17 at.%Al合金连续升温过程中,γ?相的回溶速率主要受升温速率影响,随着升温速率增大,γ?相溶解速率增大。应力应变使γ?相颗粒合并,减小了γ?相的比表面积,从而使γ?相回溶更慢。拉应变对Al原子扩散有抑制作用,使得γ?相溶解速率降低,γ/γ?之间的成分相界面宽度δ减小,而压应变对Al原子扩散有促进作用,增加γ?相溶解速率和γ/γ?成分相界面宽度δ。在γ?相溶解速率的影响因素中,升温速率的影响大于比表面积下降以及应变对Al原子扩散的影响。
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