2.3 Ni-Al合金相场模型机制的建立 10

3 模拟研究的结果和分析 16

3.1不同Al浓度下Ni-Al合金微观结构演变 16

3.2 Al浓度对Ni-Al合金沉淀过程的影响规律 22

3.3弹性应力对Ni-Al合金沉淀过程的影响规律 26

3.4模拟结果与实验的比对 29

结 论 30

致 谢 31

参考文献 32

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

镍基合金是一种相当复杂的合金，由于其具有十分良好的抗疲劳性能、抗热 疲劳性能、高温蠕变强度、比重小、抗氧化和抗热腐蚀性能等综合性能，并且其使用 温度一般在 650-1100℃范围之间。因此，镍基高温合金目前被用作先进航空发动机和 工业燃气涡轮叶片等热端承载部件的主要用材[1-2]。可以说镍基合金的快速发展与航空 事业的高速发展紧密相联，前者是后者的重要保障，后者是前者的主要推动力。

镍基高温合金的主要强化相是 Ni3 X 型( γ)的沉淀相，而镍基体的 γ 相是无序相， 具有 fcc 结构。而对于 Ni Al 合金，其对应的强化相沉淀为 Ni3 Al (即 γ′ 相)。Ni3 Al 是 一种长程有序、晶体结构为 L12  型的金属间化合物。而 Ni Al 合金的基体相 NiAl （即

γ 相），它则是类似于体心立方的 B2 结构

[3-4]

，熔点较高，密度较低，热导率比较的大，

具有十分优异的抗氧化能力。当 Ni Al 合金进行时效时，有序的 γ′ 沉淀相会从无序 的 γ 基体相中沉淀并析出，且与母相保持共格关系，能够有效的阻碍位错运动的进行， 镍基合金沉淀相的尺寸、体积分数、组织形态及空间分布决定着合金的强化程度。因 此 γ′ 相沉淀行为的研究对于提高镍基高温合金的性能有着十分重要的意义。

1.2 材料的模拟和研究

如今，随着科学技术的不断发展壮大，材料模拟研究的方法也在不断的深入和完 善，而伴随着现代计算机技术和科学技术的飞速发展，计算机技术被广泛的使用在材 料科学的各个领域中，并随着技术发展而不断深入，同时也促进了材料科学的高速发 展。随着材料科学、材料制备技术及计算技术的发展，利用计算机建立过程机理等模 型并模拟计算机的数值，能够对材料科学中有关过程进行模型预测、分析和设计、优 化和控制等，正在逐渐成为材料科学研究中的一个重要环节[5]。

然而在不同尺度的材料上所采用的模拟研究方法还是略有不同。例如在宏观上， 一般是利用有限元方法模拟解决许多大尺度上出现的结构问题，而在介观尺度上，如 今大多数是采用连续体模型，但是在处理晶格缺陷时则需要进行离散化的处理，在原 子尺度上，目前运用最多的是借助第一性原理分子动力学和蒙特卡洛方法微结构的一 些现象。图 1.1 全面总结了各种材料模拟方法，包括了空间各种尺度的研究方法。