沉淀合金中反位缺陷演化的微观相场模拟

Precipitation phase of precipitation alloy can formate point defect which characterized by the antisite arrangement of atoms,that is known as antisite defects. Antisite defects can reduce the precipitation phase antiphase boundary energy,stacking fault energy,and weaken the resistance capacity of dislocation cuting. It have significant effect on ductility, strength,and creep resistance. If the law of antisite defect formation and evolution can be investigated, it will provide theoretical support for the design of alloy composition and organization, the optimization of heat treatment process, and the assessment of service capacity. This project uses the microscopic phase field method, which the transition probability of atom on lattice grid is the field variables. This method can simulate the antisite defects evolution of nickel base,aluminum base alloy, and it combinates with microscopic analysis experimentals. In this project the main tasks include: the evolution law of antisite defects in metastable and instabilty alloy, the influence of antisite defects evolution by precipitates scale and atomic size differences, and the evolution of antisite defects in the ordered domain interface boundary.Through the research, the influence of antisite defects evolution by the compostion, temperature, crystal structure, and distortion energy can be known, the response of antisite defects evolution on precipitation sequence and fluctuation mechanism will be cleared, the intrinsic link between antisite defects evolution and phase structure changes can be proven, the kinetic mechanism of antisite defects evolution will be revealed. All of these belong to thecrystal defect theory and the precipitation theory.

沉淀合金的沉淀相中可形成以原子排列反位为特征的点缺陷，称为反位缺陷；反位缺陷降低沉淀相的反相畴界能、层错能，削弱沉淀相的抗位错切截能力，对合金的塑性、强度、抗蠕变性等产生重要的影响。探明沉淀相中反位缺陷的形成和演化规律，可为合金成分和组织设计、热处理工艺优化、服役能力评定，提供原理支撑。 本项目采用微观相场法，以原子在晶格格点的跃迁几率为场变量，模拟镍基、铝基沉淀合金的反位缺陷演化，与微观分析实验结合。研究亚稳区至失稳区合金中反位缺陷演化规律，沉淀相尺度、组元间原子尺寸差对反位缺陷演化的影响，同相和异相有序畴界上的反位缺陷演化；得出成分、温度、晶体结构、畸变能等对反位缺陷演化的影响规律，明晰反位缺陷演化对沉淀序列、涨落机制的响应关系，探明反位缺陷演化与相结构转变的内在联系，以序参数等定量描述反位缺陷演化，揭示反位缺陷演化的动力学机制，属于晶体缺陷理论和沉淀理论中的科学问题。

沉淀合金的沉淀相中可形成以原子排列反位为特征的点缺陷，称为反位缺陷；反位缺陷降低沉淀相的反相畴界能、层错能，削弱沉淀相的抗位错切截能力，对合金的塑性、强度、抗蠕变性等产生重要的影响。探明沉淀相中反位缺陷的形成和演化规律，可为合金成分和组织设计、热处理工艺优化、服役能力评定，提供原理支撑。.本项目采用微观相场法，以原子在晶格格点的跃迁几率为场变量，模拟镍基、铝基沉淀合金的反位缺陷演化。在相同的时效温度下L12 结构的Al3Li相中反位缺陷AlLi和LiAl随时效时间的进行逐渐减小，且在富Al环境下AlLi反位缺陷的浓度高于LiAl，在Al3Li相中以AlLi为主，同时存在少量的LiAl。当时效温度发生变化时，时效温度越高，在Al3Li相稳定形核后LiAl、AILi反位缺陷的浓度越高，在达到平衡浓度前也具有这个特点，但是规律性并不显著。随时效温度的升高Ni75Cr25-xAlx合金中的存在两种沉淀相DO22沉淀相和L12沉淀相。低Al浓度下DO22相中AlNi的反位几率随温度的升高而降低外，其它Al浓度各原子的反位几率均随温度的升高而升高。DO22沉淀相中反位原子NiCr的反位几率随时效温度升高而升高变化最为明显，L12沉淀相中反位原子NiAl的反位几率随时效温度升高而升高变化最为明显。在合金成分影响方面，Ni75Cr25-xAlx合金DO22相中，随着Al浓度的不断增加， AlNi、AlCr几率均会增加；NiCr、CrNi几率亦有不明显增加。在L12相中，随着Al浓度的不断增加， CrAl、NiAl几率均会降低。畸变能对于Ni75Cr25-xAlx中沉淀相原子的占位几率的影响是复杂的。低浓度时，在长大粗化阶段NiCr表现出较强畸变能敏感性，随着畸变能的升高NiCr的几率明显升高。中浓度时，形核初期无明显规律性变化，形核后期AlNi、NiCr、NiAl、AlNi的反位几率随畸变能升高而升高。高浓度时，畸变能对形核初期起明显的加速作用；对于形核后期，使NiAl的反位几率升高。综合上述结果，本研究分析了合金成分、温度、畸变能等对反位缺陷演化的影响规律，明晰了反位缺陷对沉淀序列、涨落的响应关系，揭示反位缺陷演化的动力学机制。