鐵鎳基合金中第二相的形成與演化規(guī)律研究.pdf

1、鐵鎳基耐蝕合金成形過程中第二相的形成與演化規(guī)律對合金的制備工藝及最終性能有重要影響，因此科學(xué)系統(tǒng)地研究高性能鐵鎳基耐蝕合金制備過程中第二相的形成與演化規(guī)律并揭示其機理顯的尤為重要?；谙到y(tǒng)的理論與實驗分析，本文研究了N08028（028）鐵鎳基耐蝕合金成形過程中第二相的形成與演化規(guī)律，主要涉及合金凝固、熱處理與熱變形過程。通過分析不同條件下影響第二相形成與演化過程的熱力學(xué)/動力學(xué)因素，提出相應(yīng)熱力學(xué)/動力學(xué)模型；通過對不同條件下合金凝固

2、、熱處理與熱變形的系統(tǒng)實驗研究，表征不同階段第二相的形成與演化規(guī)律；通過理論結(jié)合實驗揭示第二相演化機制。主要結(jié)論如下：
　?。?）基于熱力學(xué)計算及凝固偏析行為分析，研究得出028合金凝固末端第二相的產(chǎn)生機制為偏析導(dǎo)致的共晶反應(yīng)，并結(jié)合實驗分析確定了028合金不同凝固條件下的凝固路徑及相應(yīng)組織演化規(guī)律；同時，建模定量分析了不同冷卻速率下凝固末端第二相的體積分數(shù)與尺寸的演化規(guī)律，與實驗結(jié)果吻合良好。
　?。?）基于經(jīng)典Johns

3、on-Mehl-Avrami(JMA)理論及單粒子溶解模型，考慮第二相與母相界面前沿溶質(zhì)場的相互作用，建立了多粒子體系中的第二相溶解模型，準確表征了等溫溶解過程中第二相體積分數(shù)隨時間的演化規(guī)律。該模型通過對溶解過程中擴散控制微觀機制的系統(tǒng)分析導(dǎo)出，其動力學(xué)參數(shù)與轉(zhuǎn)變時間相關(guān)且具有明確的物理意義。模型預(yù)測結(jié)果與文獻報道實驗結(jié)果吻合較好，從而印證了模型的準確性。
　?。?）系統(tǒng)研究了鑄態(tài)及經(jīng)預(yù)先熱變形的028合金中枝晶間σ相的溶解行為

4、。通過引入等效初始基體濃度及等效初始第二相半徑，對溶解動力學(xué)模型進行相應(yīng)修正以描述σ相的溶解行為，模型預(yù)測結(jié)果與實驗結(jié)果吻合良好。由模型可導(dǎo)出求溶解激活能（即擴散激活能）的方法，所得激活能數(shù)值與文獻報道相近。根據(jù)模型理論預(yù)測，發(fā)現(xiàn)預(yù)先熱變形能夠顯著促進溶解進行，由于溶解激活能僅略微減少，所以初始第二相尺寸的減小為促進溶解的主要因素。
　?。?）系統(tǒng)研究了具有不同初始組織028合金的熱變形行為，發(fā)現(xiàn)變形溫度、應(yīng)變速率與合金初始組織均

5、對熱變形行為及組織演化規(guī)律產(chǎn)生較大影響。熱變形過程中，發(fā)現(xiàn)含有較多σ相的合金，其相應(yīng)變形流變應(yīng)力較大，這是由于σ相的存在阻礙位錯運動。結(jié)合微觀組織演化分析可知，動態(tài)再結(jié)晶為合金變形過程中主要的軟化機制?？紤]初始組織的影響，通過建立前饋反向傳播算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)模型來描述不同初始組織028合金的熱變形行為，同時通過組織參量與應(yīng)變量補償?shù)姆椒ㄐ拚?jīng)典Arrhenius型本構(gòu)方程來描述相應(yīng)的熱變形行為，發(fā)現(xiàn)相比于本構(gòu)方程，ANN模型

6、能夠更好的描述不同初始組織028合金的熱變形過程。
　?。?）基于經(jīng)典熱力學(xué)與動力學(xué)并結(jié)合JMA理論框架，建立了能夠描述包含晶界與晶內(nèi)析出的兩階段析出過程的熱力學(xué)/動力學(xué)模型。該模型成功的用于描述028合金的典型兩階段析出行為，且主導(dǎo)機制由晶界析出向晶內(nèi)析出轉(zhuǎn)變。系統(tǒng)研究了這兩個階段的熱力學(xué)驅(qū)動力與動力學(xué)激活能，發(fā)現(xiàn)當析出的熱力學(xué)驅(qū)動力增加時，相應(yīng)的動力學(xué)激活能減?。痪Ы缗c晶內(nèi)析出中熱力學(xué)驅(qū)動力與動力學(xué)激活能的不同導(dǎo)致兩階段析出的