[发明专利]一种应力调控纳米尺度颗粒微观组织的方法

说明书

本发明涉及微观组织领域，具体为一种应力调控纳米尺度颗粒微观组织的方法。包括如下步骤：根据合金的热力学及动力学参数，建立相场方程，并设置初始值；绘制不同成分的合金在不同应力条件下纳米尺度颗粒微观组织的演化图，得到不同应力条件对纳米尺度颗粒微观组织的影响规律；分析不同应力条件下纳米尺度颗粒的微观组织随时效时间的演化图，得到析出相形核、长大、粗化规律；绘制纳米析出相的平均颗粒半径随时效时间的变化曲线，得到改变应力大小、方向调控纳米颗粒形态和延伸取向的方法。本发明在实现纳米尺度颗粒调控的同时，可作为处于外应力状态下的组织演变和力学性能预测的参考，并优化微观结构设计。

技术领域

本发明涉及金属材料微观组织控制技术领域，具体是一种应力调控纳米尺度颗粒微观组织的方法。

背景技术

现代核电站结构部件的重要材料铁素体-奥氏体不锈钢，因其优异的力学性能和耐腐蚀性，在300-550℃范围内服役时，铁素体相会发生分解，析出富Cr的纳米尺度颗粒α'相，使得合金强度增加，而抗腐蚀性和韧性等性能恶化，从而影响合金的使用寿命和安全性。

而应力会加速相分离，因为应力时效可以提高相分离和聚集的速率，在高应力下时效样品的动力学速度明显加快；施加的应力加速了热老化机制的进行，并影响纳米析出相的微观组织演变；位错应力场也会加快纳米尺度析出相分离的速率，随着时效温度的升高，外应力下析出相的颗粒形状发生变化。

CN108998648A公开了一种铁素体-孪晶马氏体低碳钢的制备方法，其中铁素体-孪晶马氏体低碳钢在210MPa或220MPa弹性应力时效40分钟时，材料的综合力学性能可以得到大幅度提高，但是其涉及到的加工手段较多，不能表明其性能的提高与应力时效有直接关系。

“Residual Stress Relaxation of Shot-Peened Deformation Surface Layeron Duplex Stainless Steel Under Applied Loading”，Qiang Feng，Chuanhai Jiang，Zhou Xu，Journal of Materials Engineering&Performance，第23卷第2期，第408～412页，2014年2月，该文献采用了敲击法研究了静态和循环载荷下双相不锈钢表层残余应力的消除情况，拉伸应力的作用下压缩残余应力(CRS)是放松的，敲打层的奥氏体中最大残余应力要大于铁素体中的残余应力。

“Coarsening ofγ′in Ni–Al alloys aged under uniaxial compression:I.Early-stage kinetics”，Prikhodko S V，Ardell A J，Acta Materials，第5001～5012页，第51卷第17期，2003年10月，该文献研究了压缩应力对Ni–Al合金早期阶段颗粒半径及粒径分布的影响，外加压应力会减缓析出相颗粒的长大和粗化速率，且增加粒径分布的宽度。

然而在实际应用当中，长时间的应力时效才会造成合金的抗腐蚀性和韧性等性能恶化，且不同应力大小以及不同应力状态对合金纳米尺度颗粒的影响也需要进行研究。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种应力调控纳米尺度颗粒微观组织的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种应力调控纳米尺度颗粒微观组织的方法，包括如下步骤：

(1)根据所研究合金的热力学及动力学参数，建立相场方程，并设置初始的变量值、合金的固有参量、模拟系统的计算参量；

(2)绘制不同成分的合金分别在不同应力条件下纳米尺度颗粒微观组织的演化图，得到不同应力条件对纳米尺度颗粒微观组织的影响规律；