Effects of a tungsten addition on the morphological evolution, spatial correlations, and temporal evolution of a model Ni-Al-Cr superalloy
添加2at.%用扫描电镜和原子力显微镜研究了1073 K时W对Ni-Al-Cr模型高温合金中g '（L12）相的形态演化、空间相关性和时间演化的影响。添加W产生更大的显微硬度，更早的球状到立方形沉淀物形态转变的开始，更大的体积分数（从~ 20%到30%），粗化动力学减少三分之一和更大的平均半径（）的沉淀物的数量密度（Nv）<R>。的动力学<R>和每单位体积的界面面积分别服从t1/3和t-1/3的关系，这是一致的粗化驱动的界面能降低。Nv幂律依赖性偏离，但是，从模型预测表明，一个稳定的状态是没有实现的。定量分析与沉淀物的尺寸分布，对关联函数，和边缘到边缘的interprecipitate距离分布提供了深入了解2D微观结构的演变，包括弹性驱动的过渡，从一个均匀的g '-分布到一维的<001>字符串，最终集群包g'-沉淀物在较低的密集堆积的Ni-Al-Cr合金。
2007-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Direct TEM observation and quantification of the Gibbs-Thomson effect in a nickel superalloy
吉布斯-汤普森效应是指界面对相变过程（如沉淀或凝固）的影响的总称。虽然注意力最经常集中在吉布斯-汤姆逊效应的形核，生长和粗化，本研究认为在原位TEM观察过程中的镍基高温合金中的沉淀溶解的逆过程。几个不同的群体的γ '沉淀物（初级，二级，三级和晶界）的存在允许由于颗粒大小的差异进行量化和解释。镍基高温合金和其他合金系统的热处理制度的选择产生了重要的影响。
2022-10-05 cond-mat.mtrl-sci
On the effect of Re addition on microstructural evolution of a CoNi-based superalloy
本文研究了稀土（Re）对一种新型低密度Co-Ni-Al-Mo-Nb基高温合金组织演变的影响。Re的加入显著影响了γ'相的形态、γ/γ'晶格失配和长期时效时γ/γ'相的组织稳定性。添加2at.% Re至Co-30 Ni-10Al-5 Mo-2Nb（均为原子%）在900°C下时效50小时的合金使γ/γ'晶格失配度降低了{ \approx } 40%（从+0.32%到+0.19%，在室温下测量），因此将γ'形态从立方形改变为圆角立方形沉淀。用原子探针层析（APT）分析了γ/γ'界面的成分分布，发现Re在γ相中的分配（K_Re=0.34），Mo在γ相中的分配（K_Mo=0.90）也发生了逆转。在γ/γ'界面上观察到了不均匀分布的界面过剩量Re（r_Re，范围为0.8 ~ 9.6atom.nm ~（-2））。在900°C（长达1000小时）下的粗化研究表明，γ'沉淀物的粗化仅通过蒸发-冷凝（EC）机制发生。这与在Co-30 Ni-10Al-5 Mo-2Nb合金以及一些Ni-Al基和高质量密度Co-Al-W基高温合金中观察到的相反，其中γ'沉淀物通过凝结/聚结机制粗化，γ'沿方向广泛排列<100>作为微观结构不稳定性的标志。γ'粗化速率指数（K_r）和γ/γ'界面能分别为1.41 × 10 ~（-27）m ~ 3/s和8.4mJ/m ~ 2，与Co-Al-W基高温合金相当，但低于Co-Al-W…
2019-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Splitting Instability in Superalloys: A Phase-Field Study
该研究建立含弹性与界面能各向异性的相场模型，揭示高温合金 γ′ 树枝状沉淀物分裂由弹性能密度降低驱动，并由负弹性相互作用能维持稳定。
2024-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Nanosized superparamagnetic precipitates in cobalt-doped ZnO
在室温下是否存在长程铁磁有序的半导体仍然是有争议的。一个特别重要的问题是二次磁相的存在，如集群，偏析等。这些往往是乏味的检测，导致矛盾的解释。我们发现，在我们的钴掺杂ZnO薄膜同质外延生长在单晶ZnO衬底的磁性毫不含糊地源于金属钴纳米夹杂物。磁性行为进行了研究，SQUID磁强计，X射线磁性圆二色性，和交流磁化率测量。结果进行了相关的高分辨率X射线衍射，透射电子显微镜和电子光谱成像的基础上详细的微观结构分析。没有发现稀释钴磁矩之间载流子介导的铁磁交换的证据，相反，结合数据提供了明确的证据，表明所观察到的室温铁磁行为源于纳米尺寸的超顺磁性金属钴沉淀。
2008-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Morphological, nanostructural, and compositional evolution during phase separation of a model Ni-Al-Mo superalloy: Atom-probe tomographic experiments and lattice-kinetic Monte Carlo simulations
采用原子探针层析成像和晶格动力学蒙特卡罗（LKMC）模拟方法研究了Ni-6.5Al-9.9Mo合金在978 K时效0.125 ~ 1024 h后的相分离过程。纳米结构的时间演变的基础上，确定了三个实验制度：（1）伴随沉淀物成核和生长（t小于0.25小时）;（2）并发凝聚和聚结（t0.25至16小时）;和（3）准静态粗化的γ '（L12）沉淀物（t16至1024小时）。根据准静态粗化模型的预测，通过实验确定了平均沉淀物半径和沉淀物数密度Nv（t）的时间依赖性，分别为0.344（0.012）和-0.95（0.02）。在978 K时效的合金中，Al强烈地分配到γ '（L12）相，分配系数为4.06（0.04），而Mo和Ni分配到γ（f.c.c.）矩阵的值分别为0.61（0.01）和0.90（0.01）。在准稳态区（t大于16 h），Al、Mo和Ni在γ（f.c.c.）基体和γ ′（L12）沉淀物与多组分粗化模型的预测值-0.33相当一致。边缘到边缘间的沉淀物距离的定量分析表明，凝聚和聚结是周围的γ '（L12）-沉淀物的扩散场的重叠的后果。3-D APT和LKMC结果表明，界面组成宽度随值的增加而减小。无限时效时Ni、Al和Mo的界面组成宽度分别为1.89（0.22）nm、2.09（0.12）nm和2.64（0.03）nm。
2018-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Interface Energy Anisotropy on the Solid-state Instability in Ni-based Superalloy: A Multiscale Study
School for Engineering of Matter, Transport and Energy, Arizona State University（亚利桑那州立大学物质、运输与能源工程学院）
该研究开发了将DFT计算的界面能各向异性纳入介观相场模拟的多尺度框架，揭示其可改变镍基高温合金析出相形貌演化并抑制不稳定性，为高温合金微观结构设计提供了新途径。
2026-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Ultra high-temperature deformation in a single crystal superalloy: Meso-scale process simulation and micro-mechanisms
一个单晶镍基高温合金进行工业相关的过程模拟的介观尺度研究揭示了微观结构的发展和微观力学行为之间的复杂的相互作用。由于样品计量体积小于它们所产生的母体材料的高度核心结构的长度尺度，它们的细微组成差异引起不同的加工硬化速率，受到不同的二次枝晶臂间距、γ相固溶线温度和拓扑反转的γ/γ相微观结构的影响。的γ-总理沉淀物具有一个特征的“X”形态，从热有利的枝晶生长和N-型漂流，表明蠕变型机制是普遍的同时积极的溶质传输机制。高分辨率电子背散射衍射（HR-EBSD）表征揭示了变形图案，以下的伽马/伽马-素数的微观结构，具有高的几何必要的位错密度场本地化的伽马/伽马-素数接口;奥罗万循环显然是介导的可塑性的机制。残余弹性应力的检查表明，“X”γ '沉淀物形态显著增强了变形不均匀性，导致γ通道内的应力状态有利于滑移，并促进γ'沉淀物突起的进一步生长。这种局部塑性和残余应力的组合被认为是在随后的铸造后均匀化热处理中形成再结晶缺陷的关键。
2020-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Extreme high lattice-misfit superalloys with regular cubic L12 particles and excellent creep resistance
本研究通过调控Ti/Al比并引入Cr、Ta，设计出兼具高晶格错配、高固溶温度、规则立方γ′析出相与优异抗蠕变性的CoNi基高温合金。
2024-05-09 cond-mat.mtrl-sci
A computational high-throughput search for new ternary superalloys
2006年，一种新型钴基高温合金被发现[1]，其机械性能优于一些传统的镍基高温合金。与传统的高温合金一样，其高性能源于与fcc基体处于两相相平衡的共格L1 $_2$相的沉淀硬化效应。受到L1 $_2$三元相的意外发现的启发，我们对2224个三元金属体系进行了第一原理搜索，以寻找$X_{3}$ [$A_{0.5}, B_{0.5}$]形式的类似沉淀硬化相，其中$X$ = Ni、Co或Fe，[$A,B$]= Li、Be、Mg、Al、Si、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Y，Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg或Tl。我们发现有102个系统，有一个较小的分解能和一个较低的形成焓比Co $_{3}$（Al，W）高温合金。它们在$0<x<1$（$X_{3}$ [$A_{x}, B_{1-x}$]）浓度范围内与主体基质具有稳定的两相平衡，并且与主体基质具有小于或等于5%的相对晶格失配.这些新的候选者，从2224系统缩小，建议可能的实验探索，以确定新的高温合金。在这102个系统中，有37个是新的;它们在标准数据库中没有报告的相图。基于成本，实验难度和毒性，我们将这37个限制在6个有希望的候选人的较短列表中。我们的计算与现有的实验文献数据是一致的。
2016-08-16 cond-mat.mtrl-sci
On the segregation of Re at dislocations in the γ' phase of Ni-based single crystal superalloys
我们报告了Re和Mo偏析的证据（高达2.6at.% 1 at.%）在750°C和800 MPa的外加应力下蠕变变形后，第二代Ni基单晶高温合金中的γ'沉淀物内部的位错与Cr和Co一起发生了变化。观察到的偏析效应可以通过桥接跨γ/γ'界面的溶质分配行为和沿位错线核心的管道扩散机制来合理化。这种理解可以提供新的见解，从而改进合金设计。
2018-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Low cycle fatigue of a nickel based superalloy at high temperature: deformation microstructures
报道了一种单晶镍基高温合金（AM 1）在950 $^\circ$ C高温疲劳下的显微组织特征。对于重复疲劳（R $_\varepsilon$ =0），通过施加总应变幅$Δ\varepsilon^t$的循环次数N的范围，发现两种主要类型的行为取决于N和$Δ\varepsilon^t$。这允许构造微结构对循环次数N和$Δ\varepsilon^t$的映射。称为A的域呈现各向异性微观结构，这是由于在整个k通道中塑性的分区，或者由于所谓的N型（筏垂直于加载轴）的k%沉淀物的定向粗化。称为H的域显示均匀的变形微观结构。在重复疲劳中观察到的粗化占的基础上提出的模型在文献中的Véron。交替疲劳（R $_\varepsilon$ = -1）也会导致相同类型的粗化，即使循环次数非常少（N=113）。观察到的微观结构归因于内应力效应，并与可能的剪切沉淀物和不同的扩散过程。
2021-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Cobalt-Controlled Interphase Partitioning Regulates Matrix Solute Transport and $γ'$ Coarsening in Ti-Rich NiCoCr-Based Superalloys
Indian Institute of Science（印度科学研究所）；Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海得拉巴分校）
本研究通过钴替代镍调控NiCoCr基超合金的γ基体化学，发现钴含量增加可提升富钛γ'相的粗化抗性，其机制与溶质传输阻力增大及表观界面能降低相关。
2026-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Phase-Field Modelling of Transformation Pathways and Microstructural Evolution in Multi-Principal Element Alloys
最近开发的难熔多主元素合金（MPEA），AlMo $_{0.5}$ NbTa $_{0.5}$ TiZr，显示出有趣的微观结构，具有无序相的立方沉淀物（$β$，bcc）相干嵌入有序相（$β'$，B2）基质，不像常规的Ni基超合金，其中有序相（$γ'$，L12）是沉淀相，无序相（$γ$，fcc）是基质相。了解导致这种微结构的相变途径（PTP），以便为特定的工程应用定制微结构，这变得至关重要。在这项研究中，我们首先提出了一个可能的PTP导致的微结构，并采用相场法模拟沿PTP的微结构演变。然后，我们探讨可能的PTP和材料参数，导致一个倒置的微观结构与有序相的沉淀相和无序相的基体相，微观结构类似于在镍基高温合金中观察到的。我们发现，为了保持沉淀物作为高度离散的颗粒沿这些PTP，沉淀相的体积分数需要小于基体相的体积分数，并且沉淀相的弹性刚度应高于基体相的弹性刚度。
2021-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation dynamics in Ni-based superalloys: Parameterising dislocation trajectories from atomistic simulations
本研究利用纯镍分子动力学轨迹，通过 DE-MC 方法标定带不确定性的位错运动方程参数，为镍基高温合金变形代理模型奠定基础。
2024-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Application of Finite Element, Phase-field, and CALPHAD-based Methods to Additive Manufacturing of Ni-based Superalloys
在这项工作中使用的数值模拟研究方面的显微组织和显微偏析的镍基高温合金在激光粉末床熔融增材制造过程中的快速凝固。有限元分析的热建模模拟激光熔池，表面温度与Inconel 625上的原位热成像测量结果一致。提取模拟熔池的几何和热特征，并用于随后的中尺度模拟。在两个长度尺度上模拟了熔池中的凝固。采用Scheil-Gulliver凝固模型和DICTRA软件计算了Inconel 625多元合金枝晶间的显微偏析。相场模拟，使用Ni-Nb作为一个二元类似物的Inconel 625，产生的显微组织与主细胞/树枝状臂间距与实测间距在实验观察到的显微组织和较小程度的显微偏析比预测的DICTRA模拟协议。的组合物配置文件是用来比较热力学驱动力的成核对实验观察到的沉淀物通过电子和X射线衍射分析确定。我们的分析列出了可能由富枝晶间成分的FCC相形成的沉淀物，并将这些沉淀物与在两个温度下1小时热处理的实验观察到的相进行比较：1143 K（870°C）下的应力消除或1423 K（1150°C）下的均匀化。
2017-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Effect of alloying on the microstructure, phase stability, hardness and partitioning behavior of a new dual-superlattice nickel-based superalloy
最近报道了一种新型的y-y ′-y”双超晶格高温合金，该合金具有良好的高温力学性能。目前的工作采用最先进的化学和空间表征技术来研究系统添加的Mo，W和Fe和Nb和Al含量的变化对相分数，热稳定性，元素分配和机械性能的影响。合金是通过电弧熔炼，然后进行热处理而制成的。采用多尺度表征技术和硬度测试对复合材料的微观结构、热稳定性和力学性能进行了表征。然后通过热力学模型解释了这些性质或元素分配行为的变化。适度增加1.8 at.% Mo对微观结构和热稳定性有很强的影响：它使热处理期间的微观结构粗化最小化，同时不显著降低γ '固溶线温度。Nb减少0.6原子%，强烈地降低了y”体积分数，而不影响y“体积分数。减少的沉淀分数导致合金硬度的显著降低。添加Fe以实现更好的可加工性和降低材料成本，降低了γ ′固溶线温度，并在热处理期间引起快速的显微组织粗化，而不影响合金硬度。Al减少0.4原子%，降低了y'体积分数和y'固溶线温度，也不影响合金硬度。添加0.9at.% W降低了γ ′固溶线温度，但增加了两种沉淀物的体积分数。这些数据对于优化当前的合金设计和为未来的合金设计工作提供信息将是非常宝贵的。
2022-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Creep properties and deformation mechanisms of single-crystalline $γ^\prime$-strengthened superalloys in dependence of the Co/Ni ratio
钴基高温合金被认为是除镍基高温合金外最有前途的高温材料。然而，Ni似乎也是Co基高温合金中不可或缺的合金元素。为了解决基础元素对变形行为的影响，在单晶合金系列上进行高温压缩蠕变实验，该单晶合金系列被设计成呈现变化的Co/Ni比和恒定的Al、W和Cr含量。在900 °C和250 MPa下进行蠕变测试，并通过电子显微镜表征所得的微观结构和缺陷配置。随着Co/Ni比的变化，最小蠕变速率相差一个数量级以上。中间CoNi基合金表现出总体最高的蠕变强度。量化了几种强化贡献，例如$γ$相的固溶体强化、有效扩散系数或堆垛层错能。基体元素含量不同，试样的剪切机制也有很大不同。当富Ni合金表现出SISF和SESF剪切时，富Co合金在$γ^\prime$相被切割时产生扩展的APB。这主要是由于不同的平面故障的能量，所造成的一个不断变化的偏析行为。因此，它被认为是剪切电阻率和发生在$γ^\prime$相的变形机制是至关重要的蠕变性能的研究合金系列。
2021-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the Impact of Configurational Entropy on the Design and Development of CoNi-Based Superalloys for Sustainable Applications
本文研究高Cr CoNi基高温合金中构型熵与γ'固溶温度的关系，通过热力学设计、真空铸造、热处理及多尺度表征，证明添加γ'稳定元素可提升高温性能并支撑可持续制造。
2023-07-15 cond-mat.mtrl-sci
On the early stages of precipitation during direct ageing of Alloy 718
镍基高温合金718在航空发动机中用作高压涡轮盘，必须承受高温屈服强度、抗蠕变和抗氧化性的挑战性要求。通常在二重态和三重态共沉淀物形态中发现的纳米级$γ^{\prime}$ -和$γ^{\prime \prime}$ -沉淀物在这些苛刻的操作条件下提供高温强度。合金718的直接时效是一种有吸引力的替代制造路线，已知通过保持高位错密度和改变纳米级共沉淀物形态，将650 $^°$ C下的屈服强度增加至少+10 $\%$。然而，在直接老化过程中$γ^{\prime}$和$γ^{\prime \prime}$的二重态和三重态共沉淀物形态的详细成核和生长机制仍然未知。我们提供了一个相关的高分辨率显微镜的方法，使用透射电子显微镜，高角度环形暗场成像，和原子探针显微镜，以揭示在直接时效合金718沉淀的早期阶段。定量体视学分析的$γ^{\prime}$ -和$γ^{\prime \prime}$ -沉淀分散体，以及它们的化学成分，使我们能够提出一个定性模型的微观结构的演变。结果表明，细小的$γ^{\prime}$ -和$γ^{\prime \prime}$ -沉淀物均匀形核并相干生长。然而，$γ^{\prime \prime}$ -沉淀物也在位错上非均匀地成核，并且由于Nb管扩散而经历加速生长。此外，共沉淀反应在很大程度上受溶质可用性和富集Nb和排斥Al+Ti的潜力的影响。
2021-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Accurate identification and measurement of the precipitate area by two-stage deep neural networks in novel chromium-based alloys
Queensland University of Technology（昆士兰科技大学）；Data Science Institute, Department of Computing, Imperial College London（帝国理工学院数据科学研究所，计算系）；School of Metallurgy and Materials, University of Birmingham（伯明翰大学冶金与材料学院）；Institute of Advanced Science Facilities, Shenzhen（深圳先进科学设施研究院）；Department of Computer Science, University of York（约克大学计算机科学系）；School of Mathematical Sciences, Tongji University（同济大学数学科学学院）；Department of Earth Science and Engineering, Imperial College London（帝国理工学院地球科学与工程系）
提出DT-SegNet两阶段深度学习方案，结合YOLOv5和SegFormer，实现电子显微镜图像中析出相的目标检测与分割，显著优于现有工具。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci cs.CV cs.LG
Effect of particle size and inter-particle spacing on dislocation behaviour of Nickel based super alloys
镍基高温合金在负载重且经常在高温下发生的情况下一直是大量使用的主题。在金属晶格中发挥作用的强化机制已经被广泛地研究为微观力学MMC模型。这些连续体公式受到若干限制。原子尺度的基本机制尚未得到很好的理解。该报告试图模拟运动位错与立方析出相的相互作用，并解释强化效应。研究了颗粒尺寸和颗粒间距对强度的影响。一些物理意义的结果也被解释和显示。
2017-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Effect of ZrH2 particles on the microstructure and mechanical properties of IN718 manufactured by selective laser melting
研究了Zr（以ZrH2颗粒形式）对激光选区熔化IN718镍基高温合金显微组织和力学性能的影响。通过仔细选择工艺参数可以获得完全致密的合金。ZrH2的添加没有改变合金的微观结构，但引入了直径约50 nm的富Zr球状颗粒的分散体，这增加了印刷材料在环境温度（23 ℃）和高温（550 ℃）下的强度。热处理的增溶，然后老化导致的γ”沉淀物，控制合金的强度，这是独立的添加Zr的精细分散。热处理后的材料在550 ℃变形时出现动态应变时效。最后，无论热处理和温度如何，垂直于成型方向变形的IN718的强度高于沿成型方向变形的强度。计算均匀化模拟表明，各向异性与强织构。
2021-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Energy-composition relations in Ni$_3$(Al$_{1-x}$X$_x$) phases
该研究通过密度泛函理论与多重散射理论计算，系统揭示了Ni$_3$(Al$_{1-x}$X$_x$)合金在多种相中的能量-成分关系，为镍基高温合金的沉淀强化设计提供了理论指导。
2023-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
