镍基高温合金中L10结构有序度的研究

董卫平

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.151

摘 要：該文基于微观相场模型，推导出L10结构的长程序参数方程，并研究了L10结构有序度变化。结果表明，L10结构有序度先增大后减小，且L10结构属于过渡结构，有序度较低，即L10结构不稳定，有序度低时转变成稳定的L12结构。

关键词：相场法 L10结构 镍基高温合金 有序度

中图分类号：TG132 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0151-02

镍基高温合金由于其高温稳定性、耐磨性及耐腐蚀性等特性，在各个领域得到广泛应用，因此许多研究者对其性能、强化过程等进行研究。在镍基高温合金研究中随着温度浓度不同，可以得到许多不同相，其中最受关注的是强化相γ-L12结构，其实在得到稳定的γ-L12结构前，往往有L10过渡结构出现。研究L10过渡结构对进一步研究γ-L12结构有非常重要的意义。微观相场方程由于其尺度可以达到原子级，且可以动态观察不同结构的沉淀变化过程，非常适合该文用于研究L10过渡结构的有序度。

1 相场方程

微观相场方程对于三元系统，占位几率公式为，其中A、B和C表示3种不同合金元素。关于微观相场法的更详细的公式和过程，可以参考文献。

2 结果及讨论

L10结构模拟得到的原子演化图通过晶格位置Ni原子占位几率反映合金的沉淀过程，晶格位置的亮度越高，Ni原子占位几率越高；亮度越低，占位几率越低。L10结构有两种取向：Type-I型和Type-II型，它们的晶体结构没有区别，只是取向不同，Type-I型沿着平行于面心立方结构[100]方向旋转90°即为Type-II型结构。以下公式推导中，占位几率都是指溶质原子的占位几率。

合金原子长程序参数ηM表达式为：

ηu（i，j） （1）

Pu（i，j）为原子在（i，j）晶格位置的占位几率，当η=1时为完全有序状态，即u原子只占据有序结构中两种晶格位置其中一种；而η≠1时则u原子占两种晶格位置；当η=0时u原子处于无序状态。用ηu（i，j）和cu（i，j）分别表示u原子（i，j）晶格位置的长程序参数和原子在晶格中的平均占位几率（也是u原子的浓度），即表示有序度和原子簇聚程度。根据Khachaturyan的占位几率PX（r）函数，消去cX，可以得出溶质原子的长程序参数公式：

（2）

应用上述公式对L10结构进行有序度计算，计算结果如图1，Ni75Al14Cr11合金温度为923 K时沉淀过程中取1 000步长时演化图及不同时间步长时L10结构和L12结构长程序参数变化曲线。从图1（a）可以看出该镍基高温合金时效过程中已经得到L10结构，只是L10结构有序度较低，可见L10结构是模拟过程中过渡有序化阶段的预析出相，从图像的颜色可以看出，L10结构中亮度较低，这就表示有序度较低，这也可以从图1（b）中第三条原点曲线有序度只有0.5得到进一步印证。在1 500步长之后L10结构渐渐消失，转变成L12结构。且L10结构最大有序度只能达到0.62，之后就降低，而稳定的L12结构可以达到更高的有序度。

3 结语

文章有以下结论：推导的长程有序参数公式可以用于L10结构有序度的计算；模拟的镍基高温合金沉淀过程中可以得到预析出相L10结构；L10结构有序度先增大后减小，且最高有序度较低；L10结构不稳定，有序度低时就转变成稳定的L12结构。

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