热力耦合下FeCuMnNi系合金含缺陷沉淀微结构演变多级相场研究
批准号:
52074246
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
赵宇宏
依托单位:
学科分类:
材料冶金加工
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵宇宏
中文摘要
核反应堆压力容器的基础材料FeCuMnNi系合金,长时间在热力耦合环境下服役,内部晶体缺陷及纳米析出相等导致材料硬化和脆化,严重影响服役安全,针对该非平衡沉淀过程及内部微结构交互作用机制进行研究意义重大。本项目基于相场理论模型,将平均原子密度序参量ρ,原子占位几率序参量P,组元浓度场序参量C和结构转变序参量η,关联在一个统一的多级相场模型框架内;多路径耦合第一性原理计算,结合沉淀结构特征,应力时效和微观分析,追踪非均匀多元多相系统的粒子扩散过程,研究温度、应变诱发动态预析出相、亚稳相、稳定相、晶体缺陷的形成、演化和转变等;探明热力耦合条件下多(主)元体系缺陷和纳米沉淀交互作用机制,明晰成分、温度、第N组元(2≤N≤7)及应力响应关系,揭示各种微结构要素对应变诱发沉淀过程的影响规律;结合实验和理论分析,验证模型及结果的可靠性,并指导设计新型高性能FeCuMnNi系结构材料。
英文摘要
FeCuMnNi based alloys, the basic materials of nuclear reactor pressure vessel, have been in service for a long time under the thermos-mechanical coupling environment. The internal crystal defects and nano precipitates lead to the hardening and embrittlement of the materials, which seriously affects the service safety. Therefore, it is of great significance to study the non-equilibrium precipitation process and the interaction mechanism of internal microstructure. Based on the phase field model, the average atomic density order parameter ρ, atomic occupation probability order parameter P, component concentration field order parameter C and structural transformation order parameter η are associated in a unified multi-level phase field model framework. By coupling the first principle calculation in various ways, combining with the precipitation structure characteristics, stress aging and micro analysis, the particle diffusion process of heterogeneous multiphase system is tracked, and the formation, evolution and transformation of dynamic pre precipitation phase, metastable phase, stable phase and crystal defects induced by temperature and strain are studied. The interaction mechanism of defects and nano precipitation in the multi-element system under the condition of thermo mechanical coupling is explored. The purpose of this work is to clarify the response relationship of composition, temperature, the component N (2 ≤ N ≤ 7) and stress, reveal the influence law of various microstructure elements on the process of variable induced precipitation, verify the reliability of the model and results, and guide the design of new high-performance FeCuMnNi based system structural materials by combining experimental and theoretical analysis.
核反应堆压力容器的基础材料FeCuMnNi系合金,长时间在高温、高压环境下服役,内部晶体缺陷及纳米析出相等导致材料硬化和脆化,严重影响服役安全,很难通过原位观察等实验手段研究非平衡亚稳过程。.通过第一性原理和相图热力学计算得到的弹性参数、扩散动力学系数、自由参数构建FeCuMnNi系合金连续相场模型,发现高温会延缓颗粒粗化;随着Cu含量上升,粒数量密度以及体积分数有明显升高,颗粒合并更加明显;Mn元素会加快沉淀相分离过程并促进后期粗化过程的发生;Ni/Al元素会阻碍富Cu相分离过程。位错导致的弹性畸变促进析出相的形成,随后在热时效的作用下随机形成析出相。辐照作用下富析出相为Cu((Cv,Ci)Mn,Ni,Al)的双核壳结构;位错对析出相的促进作用随辐照速率的增加而减小。.引入第一性原理计算所得到的位错形成能,建立了界面前沿晶体相场模型。克服了传统连续相场不能表征原子尺度弹塑性变形机制的问题,在小于原子的空间尺度上研究了变形条件下热力耦合态的晶界/位错的演化/湮没作用。发现整个晶粒细化过程中涉及孪晶界破碎、晶界吸收与发射位错、晶粒旋转、晶界弯曲、新位错的产生以及位错偶极子湮没等。以变形方式为切入点,探究单轴和双轴变形下的孪晶界迁移规律和微观应力应变行为,揭示了晶界迁移与位错反应或运动的交互机理。.本项目的研究成果为FeCuMnNi系合金的成分设计和强化设计提供了微观理论依据。同时通过模拟与实验相结合的方法可改变了以前实验设计方法成本高、周期长的缺点。
壁厚突变镁铸件分级调速调压液态成型集成化智能设计原理
-
批准号:52375394
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:50万元
-
批准年份:2023
-
负责人:赵宇宏
-
依托单位:
GH4169镍基合金双重晶界强化多尺度研究
-
批准号:51774254
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:60.0万元
-
批准年份:2017
-
负责人:赵宇宏
-
依托单位:
Mg-Zn系合金沉淀过程含GP区非平衡相演化的多尺度耦合模拟
-
批准号:U1610123
-
项目类别:联合基金项目
-
资助金额:70.0万元
-
批准年份:2016
-
负责人:赵宇宏
-
依托单位:
密排六方结构Mg-Nd-Gd系合金时效亚稳相的3D多尺度模拟研究
-
批准号:51574206
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:65.0万元
-
批准年份:2015
-
负责人:赵宇宏
-
依托单位:
弹性场下含Nb镍基合金沉淀亚稳相多尺度双向复合模拟
-
批准号:51204147
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:25.0万元
-
批准年份:2012
-
负责人:赵宇宏
-
依托单位:
国内基金
海外基金