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/動力學因素，提出相應熱力學/動力學模型；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；通過理論結合實驗揭示第二相演化機制。主要結論如下：
　?。?）基于熱力學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生機制為偏析導致的共晶反應，并結合實驗分析確定了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，與實驗結果吻合良好。
　?。?）基于經典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)分析導出，其動力學參數(shù)與轉變時間相關且具有明確的物理意義。模型預測結果與文獻報道實驗結果吻合較好，從而印證了模型的準確性。
　?。?）系統(tǒng)研究了鑄態(tài)及經預先熱變形的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，對溶解動力學模型進行相應修正以描述σ相的溶解行為，模型預測結果與實驗結果吻合良好。由模型可導出求溶解激活能（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)模型理論預測，發(fā)現(xiàn)預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，其相應變形流變應力較大，這是由于σ相的存在阻礙位錯運動。結合微觀組織演化分析可知，動態(tài)再結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網絡(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變量補償?shù)姆椒ㄐ拚浀銩rrhenius型本構方程來描述相應的熱變形行為，發(fā)現(xiàn)相比于本構方程，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。
　?。?）基于經典熱力學與動力學并結合JMA理論框架，建立了能夠描述包含晶界與晶內析出的兩階段析出過程的熱力學/動力學模型。該模型成功的用于描述028合金的典型兩階段析出行為，且主導機制由晶界析出向晶內析出轉變。系統(tǒng)研究了這兩個階段的熱力學驅動力與動力學激活能，發(fā)現(xiàn)當析出的熱力學驅動力增加時，相應的動力學激活能減?。痪Ы缗c晶內析出中熱力學驅動力與動力學激活能的不同導致兩階段析出的