Matlab界面扩散下 Ni-Al合金析出相粗化规律(4)
一类合金。镍基合金在溶解了许多合金元素之后也能保持较优异的组织稳定性；可
以形成 A3B 型金属间化合物，且是共格有序的。镍基合金中，
[Ni3(Al，Ti)]相的
形态、颗粒平均半径，体积分数及其空间分布对合金的力学性能都很大的影响，因
而可以使合金得到有效的强化。因此，在镍基高温合金中，固溶强化和沉淀强化是
强化的主要方式。
1.4.1 固溶强化机理
固溶强化指当溶质原子溶入固溶体时产生晶格畸变，这样产生的晶格畸变会使位
错运动的阻力增加，从而造成固溶体的屈服应力、强度与硬度增加的现象[17]
。合金元
素进入固溶体之后，会使得原子之间的结合力提高，而且会产生晶格畸变，从而降低
固溶体中各元素之间的扩散能力，最终导致扩散型变形被阻碍。当基体晶格与溶质原
子结合时，畸变应力和位错弹性能改变使得位错的运动难以进行[18-19]
，其中，畸变应
力是由于原子尺寸的不同引起的，而位错弹性能的改变是原子结合力的不同导致的。
这个过程提高了材料的屈服强度， 这是因为溶质原子分布在滑移面上， 提高了层错能，
继而使得位错难以扩展从而导致了材料屈服强度的提高[20-22]
。根据上述理论，溶质的
原子分数不同，强化作用也会有所不同。当溶质原子分数较低时，韧性和塑性较低，
但是强化作用十分显著；溶质原子的分数高，强化作用也高，但同时塑性和韧性也提
高了。此外，溶质原子的强化效果还与溶质原子和基体原子之间的尺寸差、价电子数目差以及间隙原子等因素有关。
1.4.2 沉淀强化机理
沉淀强化是指将硬质颗粒加入到均匀基体材料从而使合金强度得到提高的一种
强化手段，强化效果十分理想。通常，硬质颗粒是不溶于金属基体的超细的第二相金
属材料，如熔点较高的碳化物、氧化物以及氮化物等。基体内，化合物的分布状态时
弥散分布或者质点分布，这样可以有效的提高合金的强度与硬度，且保持合金原有的
塑性和韧性。
Ni-Al 合金中，沉淀相与
基体相之间保持共格关系，但是由于二者的晶格常数
存在着一定的差异，沉淀相和基体相界面会产生一定的弹性应力场，从而会阻碍了
位错在基体中的运动。因此，为了保持较低的界面能和较高程度的晶体共格性，可
通过调整
(Ni3Al)相与基体的成分来降低两相间的错配度。同时，通过
相与基体
的复杂合金化，也可以有效降低
相与基体之间的扩散，阻止
相的聚集长大，从
而提高二者的结合强度和蠕变性能。
由文献[1,7,8]
总结，沉淀强化主要与四个因素有关：
(1)错配度。错配度共格应力对
相强化有着非常重要的影响，错配度越大，强
化效果越显著；
(2)沉淀相的尺寸大小。
相的尺寸是一个非常重要的参数，其存在一个临界质
点尺寸，在临界尺寸处可获得显著的强化效果。临界质点尺寸与
相含量有关，
相含量越多，临界尺寸越大；
(3)沉淀相含量。
相的量是强化效果显著与否的一个关键因素；
(4)时效温度。温度越高，需要克服形核势垒越大，且温度越高，形核开始的时
间越晚，形核孕育期就越长。
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