相場法研究退火條件下含第二相顆粒的高溫合金的晶粒生長.pdf

1、高溫合金具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性以及抗熱疲勞性能，是國防建設(shè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中重要材料，也是科學(xué)研究中的熱門領(lǐng)域。有學(xué)者曾提出通第二相顆粒釘扎晶界提高高溫合金的強(qiáng)度和硬度等性能，也有學(xué)者提出形成柱狀晶結(jié)構(gòu)（織構(gòu)）來增加抗蠕變性能及抗疲勞性能，這些方法都是在實驗的基礎(chǔ)上總結(jié)的，其理論還不夠完善;后來著名學(xué)者H.J.Frost和I.Baker在前人實驗的基礎(chǔ)上采用前端追蹤法來模擬這兩個實驗過程，總結(jié)出晶界角和晶界遷移率及晶界能量之間的函數(shù)關(guān)系

2、，理論解釋了晶粒組織和強(qiáng)化的關(guān)系。本人已學(xué)會了前人采用的前端追蹤法模擬，并且曾閱讀過大量關(guān)于高溫合金強(qiáng)化的文獻(xiàn)。所以本文是在已有理論基礎(chǔ)上通過結(jié)合材料研究最前沿的模擬方法——相場法，來對高溫合金的強(qiáng)化過程及理論作進(jìn)一步深化。在本論文模擬中將采用包含第二相顆粒在內(nèi)的晶粒長大的熱力學(xué)模型，分別從均勻退火和定向退火兩個方面來模擬高溫合金的晶粒組織變化過程。得出結(jié)論:
　　1、第二相顆粒存在于晶界和“三叉晶”位置，在均勻退火過程中，對晶界

3、遷移有釘扎作用。退火溫度越高，晶界遷移能量越大，遷移速率越快，越容易擺脫第二相釘扎，晶粒半徑越大。
　　2、第二相顆粒對晶粒長大的影響主要取決于第二相尺寸和含量。第二相擴(kuò)散速率在低范圍內(nèi)變化，顆粒沒發(fā)生粗化，對晶界具有釘扎作用。第二相含量越高，處于晶內(nèi)和晶界的第二相顆粒越多，釘扎作用越明顯。
　　3、定向退火時，熱力學(xué)模型參數(shù)（移動熱區(qū)溫度、寬度、速度）及第二相顆粒含量對柱狀晶形成有顯著的影響。其柱狀晶的長寬比主要決定于柱狀

4、晶的長度。
　　4、柱狀晶的晶界可沿著第二相顆粒排列方向生長，且排列間距在一定范圍內(nèi)，可一定程度上改變柱狀晶晶界的運(yùn)動方向，否則影響很小。
　　5、定向退火過程中的柱狀晶生長存在競爭關(guān)系和合并機(jī)制，即粗大的柱狀晶在生長過程中抑制了細(xì)柱狀晶的生長并最終合并，沿軸向生長的柱狀晶抑制偏離軸向生長的柱狀晶。
　　本論文從模擬的角度展示了高溫合金在退火過程中的結(jié)構(gòu)的微小變化，揭示了其變化的機(jī)理及與強(qiáng)化變化的關(guān)系，對指導(dǎo)高溫合金材