温度对Ni-Cr-Al合金中Cr原子替代规律的影响.pdf

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1、第41卷第11期稀有金属材料与工程Vo1．41，No．112012缸11月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGNovember2012温度对Ni．Cr．AI合金中Cr原子替代规律的影响褚忠，一，赵国群，陈铮(1．山东大学，山东济南250061)(2．青岛理工大学，山东青岛266033)(3．西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安710072)摘要：利用微观相场动力学模型，模拟研究温度对Ni一12at％Cr-14．5at％A1合金沉淀过程中Cr原子的替代规律。在873～1173K范围内，随着温度的提高，合金沉淀

2、机制由等成分有序化+失稳分解转化为非经典形核机制，沉淀孕育期逐渐延长：L12相体积分数增加，而DO22相体积分数减少，在1173K时，DO22相消失，最终形成单一的Ll2相。关键词：Ni．c卜Al：替代；模拟；微观相场模型中图法分类号：TG111．5文献标识码：A文章编号：1002—185X(2012)11-2021．04原子替代是一广泛存在的物理现象，它可影响材微观相场动力学模型利用以原子占据晶格位置的料的组织结构和性能【l。]。在三元合金Ni—Cr．Al中，几率来描述原子的组态和相形貌。设PA(厂，t)、Cr原子可能替代Al或Ni原子晶格

3、位置，或者两者都尸B(，，f)和(，，f)分别为A、B和C原子在t时刻、替代【4]。Guard和Westbrook早在1959年就研究占据厂格点位置的几率，由于Ni3Al中间化合物中第三元素替代理论，他们发现替代尸A(，l，f)+尸R(，，f)+(，，f)=1，所以每个格点上只有行为不是由原子半径控制，而是受其电子结构的影响，2个方程是独立的。假设以A原子和B原子的占位几替代规律与元素在周期表中的位置有关。Ochiai[61提出率为2个独立变量，微扩散方程为：Ni3Al的替代行为由Ni3Al与第3元素形成的三元合金相图中溶度凸角的方向确定。M

4、arry[】等人利用原子dr=古T』f、√)识(厂’，f)+探针场离子显微镜发现Ni7oA120Cr10合金中cr同时占据Ni和Al位置。然而，Wu[即等人持有不同观点，他～I)j⋯们发现随着合金成分和温度的变化，原子替代规律不一定总是与溶质原子溶度凸角相关。Pareige[9]等人利dPB(r,t)丁dfkBTI1、√)(厂’，t)+用MonteCarlo方法进行了模拟，发现不同成分合金cr原子替代规律不一致。微观相场动力学模型是20世纪90年代发展起来(卜，I)J的一种材料模拟方法[10-12]。该模型基于Onsager和(r-r’)是与

5、单位时间内，一对和原子在Ginzburg—Landau理论，是一种确定性的相场方法引。格点位置厂和厂上的交换几率有关的常数(，为两微观晶格扩散理论由Khachaturyan[14]CIj~。通过单晶种不同原子)。F为体系的总自由能，在平均场近似下格占位几率的非平衡自由能函数联系组分和长程序参表达式如下(只考虑化学能，忽略弹性应变能)：数，将非均匀系统置于原子层面上，引入微观场描述F=一去∑∑[(r-r')PA(，)(，)+原子在晶格跃迁引起的相变。本文的目的是基于微观相场动力学模型，定量描。(r-r)(，)Pc(，)+述在873～1173K范

6、围内L12和DO22相形成和转变过(r-f’)尸A(，)PC(，)]+程中Cr原子的替代特性和规律。kBT~'[PA(r)ln(PA(r))+，1计算模型(厂)(PB(，))+尸c(，)ln((，))](2)收稿日期：2011-11．25作者简介：褚忠，男，1967年生，博士，教授，青岛理工大学机械学院，山东青岛266033，电话：0532—85071286，E-mail：cz@qtech．edu．cn第11期褚忠等：温度对Ni—Cr-A1合金中Cr原子替代规律的影响·2023·点的占位几率略有提高，但在973K以后达到平衡。鲁o．一一^0墨

7、0．而在．格点，cr原子占位几率随温度升高而增加，星0．此时，Cr原子替代部分Ni原子位置，同时占据．格．i0．点和．格点。2．3有序相体积分数的变化善图4为Ni．12at％A1—14．5at％Cr合金中L12相和耋0．DO22相在873~1173K范围内体积分数的变化曲线。由童0．图可以看出，随着温度的升高，L1相体积分数有所星0．增加，而DO22相体积分数逐步减少，直至消失。导致姜0．有序相体积分数随温度变化的原因是由于L1，相内部鲁容纳Cr原子的比例发生变化，即Cr原子占据L12相中．格点和．格点的极限占位几率发生变化，导致TimeSt

8、ep／~10TimeStep／~10cr原子在合金沉淀过程中存在形式的变化。温度较低图2不同温度下Ni一12at％Cr一14．5at％A1合金中cr原子在时，L12