高熔点元素对镍基高温合金微观组织特征相电子结构参数影响的计算研究

发布时间：2017-07-13 12:00

  本文关键词：高熔点元素对镍基高温合金微观组织特征相电子结构参数影响的计算研究

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【摘要】：镍基单晶高温合金具有优异的氧化稳定性、耐腐蚀、抗蠕变等高温性能,是航空业发展的重要保障,已被广泛应用于先进航空发动机叶片和涡轮叶片的制备,是一种重要的高温结构材料。高熔点元素W、Mo、Ta、Re是镍基高温合金中重要的高熔点强化元素,可以显著提高合金的高温性能,然而,其微观作用机理有待进一步深入研究。本文运用余瑞璜院士提出的固体与分子经验电子理论(EET)以及在此基础上发展的结合能经验解法,建立了镍基高温合金的计算模型,计算研究了典型合金CMSX-10中高熔点元素W、Mo、Ta、Re对合金微观组织特征相电子结构参数的影响。在此基础上,计算了第一代典型合金CMSX-2、第二代典型合金CMSX-4和第三代典型合金CMSX-10的电子结构参数,初步在电子层次上探讨了高熔点元素影响合金高温性能的本质原因。研究结果表明：1)高熔点元素分别加入CMSX-10合金后,γ相和γ’相中nA'、σN和Ec数值均增加,表明高熔点元素提高了合金原子间键合力的强度,阻碍了γ’相的筏排化,合金的相稳定性和抵抗变形能力增强。2)不同含量的高熔点元素一起加入CMSX-10合金后,随着元素含量的增加,γ相和γ'相的n'A和σN数值有不同程度的变化趋势,但总体看来,高熔点元素主要强化的是γ’相。3)CMSX-2、CMSX-4、 CMSX-10合金相的n'N和σN数值依次增加,合金的相稳定性和抵抗变形能力依次增加,合金的承温能力增强。4)CMSX-2、CMSX-4、CMSX-10合金相界面σ的数值依次增加,γ-Me/Ni界面△ρ’的数值依次减小,对合金的承温能力有推动作用。γ'-Me /Ni界面△ρ’的数值依次增加,对合金的承温能力不利。
【关键词】：镍基单晶高温合金 EET 高熔点元素 结合能 稳定性
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V252
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 引言10-11
• 1 绪论11-15
• 1.1 镍基高温合金的概述11
• 1.1.1 镍基高温合金的特点11
• 1.1.2 镍基高温合金的应用与发展11
• 1.2 镍基高温合金的微观组织11-14
• 1.2.1 镍基高温合金的微观结构和相组成11-13
• 1.2.2 高熔点元素的作用13-14
• 1.3 本文研究意义14-15
• 2 固体与分子经验电子理论(EET)简介15-24
• 2.1 理论方法简介15-18
• 2.1.1 理论依据与基本思想15
• 2.1.2 固体与分子经验电子理论中的电子15-16
• 2.1.3 基本假设16-18
• 2.2 经验电子理论间距差的计算18-21
• 2.2.1 合金价电子结构参数n_A'及σ_N的计算18-20
• 2.2.2 合金相界面电子结构参数Δρ'及σ的计算20-21
• 2.3 EET中结合能的计算21-24
• 3 合金的选取与杂化表的建立24-29
• 3.1 合金的选取24-25
• 3.2 杂化表的建立25-29
• 4 高熔点元素种类对合金电子结构参数及结合能的影响29-44
• 4.1 γ-Ni晶胞价电子结构参数及结合能的计算29-31
• 4.1.1 γ-Ni晶胞计算模型的建立29
• 4.1.2 γ-Ni晶胞价电子结构参数的计算29-31
• 4.1.3 γ-Ni晶胞结合能的计算31
• 4.2 γ-Me晶胞价电子结构参数及结合能的计算31-35
• 4.2.1 γ-Me偏聚晶胞计算模型的建立31-32
• 4.2.2 γ-Me晶胞价电子结构参数的计算32-34
• 4.2.3 γ-Me晶胞结合能的计算34-35
• 4.3 γ'-Ni_3Al晶胞价电子结构参数及结合能的计算35-38
• 4.3.1 γ'-Ni_3Al晶胞计算模型的建立35
• 4.3.2 γ'-Ni_3Al晶胞价电子结构参数的计算35-37
• 4.3.3 γ'-Ni_3Al晶胞结合能的计算37-38
• 4.4 γ'-Me晶胞价电子结构参数及结合能的计算38-41
• 4.4.1 γ'-Me偏聚晶胞计算模型的建立38
• 4.4.2 γ'-Me晶胞价电子结构参数的计算38-41
• 4.4.3 γ'-Me晶胞结合能的计算41
• 4.5 高熔点元素对合金电子结构参数及结合能的影响41-43
• 4.5.1 高熔点元素对σ_N和n_A'的影响42
• 4.5.2 高熔点元素对结合能的影响42-43
• 4.6 本章小结43-44
• 5 高熔点元素含量对合金电子结构参数的影响44-55
• 5.1 γ-Me晶胞价电子结构参数的计算44-46
• 5.1.1 γ-Me平均晶胞计算模型的建立44
• 5.1.2 γ-Me晶胞价电子结构参数的计算44-46
• 5.2 γ'-Me'晶胞价电子结构参数的计算46-49
• 5.2.1 γ'-Me'平均晶胞计算模型的建立46-47
• 5.2.2 γ'-Me'晶胞价电子结构参数的计算47-49
• 5.3 元素含量对晶胞电子结构参数的影响49-54
• 5.3.1 W含量对晶胞电子参数的影响49-50
• 5.3.2 Mo含量对晶胞电子参数的影响50-51
• 5.3.3 Ta含量对晶胞电子参数的影响51-52
• 5.3.4 Re含量对晶胞电子参数的影响52-54
• 5.4 本章小结54-55
• 6 典型镍基高温合金电子结构参数的计算55-65
• 6.1 γ-Me晶胞价电子结构参数的计算55-57
• 6.1.1 γ-Me晶胞计算模型的建立55
• 6.1.2 γ-Me晶胞价电子结构参数的计算55-57
• 6.2 γ'-Me晶胞价电子结构参数的计算57-60
• 6.2.1 γ'-Me晶胞计算模型的建立57-58
• 6.2.2 γ'-Me晶胞价电子结构参数的计算58-60
• 6.3 γ-Me_((001))/γ'-Me_((001))相界面电子结构参数的计算60-63
• 6.3.1 γ-Me_((001))/γ'-Me_((001))相界面计算模型的建立60-61
• 6.3.2 γ-Me_((001))面平均共价电子密度的计算61
• 6.3.3 γ'-Me_((001))面平均共价电子密度的计算61-62
• 6.3.4 Ni原子层面平均共价电子密度的计算62
• 6.3.5 γ-Me_((001))/Ni、γ'-Me_((001))/Ni相界面Δρ'及σ的计算62-63
• 6.4 典型合金电子结构参数对组织稳定性的影响63-64
• 6.4.1 n_A'及σ_N对组织稳定性的影响63-64
• 6.4.2 △ρ'及σ对组织稳定性的影响64
• 6.5 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-69
• 作者简历69-71
• 学位论文数据集71

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