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01.04.2014 | Symposium: International Workshop on Materials Design Process: Thermodynamics, Kinetics and Microstructure Control

Design of the Precipitation Process for Ni-Al Alloys with Optimal Mechanical Properties: A Phase-Field Study

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 4/2014

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Abstract

An attempt to design the heat treatment schedule for binary Ni-Al alloys with optimal mechanical properties was made in the present work. A series of quantitative three-dimensional (3-D) phase-field simulations of microstructure evolution in Ni-Al alloys during the precipitation process were first performed using MICRESS (MICRostructure Evolution Simulation Software) package developed in the formalism of the multi-phase field model. The coupling to CALPHAD (CALculation of PHAse Diagram) thermodynamic and atomic mobility databases was realized via TQ interface. Moreover, the temperature-dependent lattice misfits and elastic constants were utilized for simulation. The effect of the alloy composition and aging temperature on microstructure evolution was extensively studied with the aid of statistical analysis. After that, an evaluation function was proposed for evaluating the optimal heat treatment schedule by choosing the phase fraction, grain size, and shape factor of γ′ precipitate as the evaluation indicators. Based on 50 groups of phase-field-simulated and experimental microstructure information, as well as the proposed evaluation function, the optimal alloy composition, aging temperature, and aging time for binary Ni-Al alloy with optimal mechanical properties were finally chosen. The successful application in the present Ni-Al alloys indicates that it is possible to design the optimal alloy composition and heat treatment for other binary and even multicomponent alloys with optimal mechanical properties based on the evaluation function and the sufficient microstructure information. Additionally, the combination of the present method and the key experiments can definitely accelerate the material design and improve the efficiency and accuracy.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat Y. Wang and A.G.Khachaturyan: Acta Metall. Mater., 1995, vol.43, pp. 1837-57.CrossRef Y. Wang and A.G.Khachaturyan: Acta Metall. Mater., 1995, vol.43, pp. 1837-57.CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Y.H. Wen, B. Wang, J.P. Simmons, and Y. Wang: Acta Mater., 2006, vol.54, pp. 2087-99.CrossRef Y.H. Wen, B. Wang, J.P. Simmons, and Y. Wang: Acta Mater., 2006, vol.54, pp. 2087-99.CrossRef
3.
Zurück zum Zitat N. Zhou, C. Shen, M.J. Mills, and Y. Wang: Acta Mater., 2008, vol.56, pp. 6156-73.CrossRef N. Zhou, C. Shen, M.J. Mills, and Y. Wang: Acta Mater., 2008, vol.56, pp. 6156-73.CrossRef
4.
Zurück zum Zitat N. Warnken: Doctoral Dissertation, Rheinisch-WestfalischenTechnischen Hochschule Aachen (RWTH Aachen), Aachen, 2007. N. Warnken: Doctoral Dissertation, Rheinisch-WestfalischenTechnischen Hochschule Aachen (RWTH Aachen), Aachen, 2007.
5.
Zurück zum Zitat J.Z. Zhu, T. Wang, A.J. Ardell, S.H. Zhou, Z.K. Liu, and L.Q. Chen: Acta Mater., 2004, vol.52, pp. 2837–45.CrossRef J.Z. Zhu, T. Wang, A.J. Ardell, S.H. Zhou, Z.K. Liu, and L.Q. Chen: Acta Mater., 2004, vol.52, pp. 2837–45.CrossRef
6.
Zurück zum Zitat K. Wu, Y.A. Chang, and Y. Wang: Scripta Mater., 2004, vol.50, pp. 1145-50.CrossRef K. Wu, Y.A. Chang, and Y. Wang: Scripta Mater., 2004, vol.50, pp. 1145-50.CrossRef
7.
Zurück zum Zitat N. Zhou, C. Shen, M.J. Mills, and Y. Wang: Phil. Mag., 2010, vol.90, pp. 405-36.CrossRef N. Zhou, C. Shen, M.J. Mills, and Y. Wang: Phil. Mag., 2010, vol.90, pp. 405-36.CrossRef
8.
Zurück zum Zitat I. Steinbach, F. Pezzolla, B. Nestler, and M. SeeBelberg: Physica, 1996, vol. 94D, pp. 135-47. I. Steinbach, F. Pezzolla, B. Nestler, and M. SeeBelberg: Physica, 1996, vol. 94D, pp. 135-47.
9.
Zurück zum Zitat I. Steinbach and M. Apel: Physica, 2006, vol.217D, pp. 153-160. I. Steinbach and M. Apel: Physica, 2006, vol.217D, pp. 153-160.
10.
Zurück zum Zitat I. Steinbach: Model. Simul. Mater. Sci. Eng., 2009, vol.17, pp. 073001.CrossRef I. Steinbach: Model. Simul. Mater. Sci. Eng., 2009, vol.17, pp. 073001.CrossRef
11.
Zurück zum Zitat J. Eiken, B. Böttger, and I. Steinbach: Phys. Rev., 2006, vol.73E, pp. 066122. J. Eiken, B. Böttger, and I. Steinbach: Phys. Rev., 2006, vol.73E, pp. 066122.
12.
Zurück zum Zitat J.-O. Anderson, T. Helander, L. Höglund, P. Shi, and B. Sundman: CALPHAD, 2002, vol.26, pp. 273-312.CrossRef J.-O. Anderson, T. Helander, L. Höglund, P. Shi, and B. Sundman: CALPHAD, 2002, vol.26, pp. 273-312.CrossRef
13.
Zurück zum Zitat A. Borgenstam, A. Engström, L. Höglund, and J. Ågren: J. Phase Equilib., 2000, vol.21, pp. 269-80.CrossRef A. Borgenstam, A. Engström, L. Höglund, and J. Ågren: J. Phase Equilib., 2000, vol.21, pp. 269-80.CrossRef
14.
Zurück zum Zitat L. Zhang, I. Steinbach, and Y. Du: Int. J. Mater. Res, 2011, vol.102, pp. 371-80.CrossRef L. Zhang, I. Steinbach, and Y. Du: Int. J. Mater. Res, 2011, vol.102, pp. 371-80.CrossRef
15.
Zurück zum Zitat I. Steinbach, L. Zhang, and M. Plapp: Acta Mater., 2012, vol.60, pp. 2689-701.CrossRef I. Steinbach, L. Zhang, and M. Plapp: Acta Mater., 2012, vol.60, pp. 2689-701.CrossRef
16.
17.
18.
Zurück zum Zitat L. Zhang, Y. Du, Q. Chen, and I. Steinbach: Int. J. Mater. Res., 2010, vol.101, pp. 1461-75.CrossRef L. Zhang, Y. Du, Q. Chen, and I. Steinbach: Int. J. Mater. Res., 2010, vol.101, pp. 1461-75.CrossRef
19.
Zurück zum Zitat L. Zhang, Y. Du, Y. Yang, H. Xu, X. Lu, Y. Liu, Y. Kong, and J. Wang: Acta Mater., 2008, vol.56, pp. 3940-50.CrossRef L. Zhang, Y. Du, Y. Yang, H. Xu, X. Lu, Y. Liu, Y. Kong, and J. Wang: Acta Mater., 2008, vol.56, pp. 3940-50.CrossRef
20.
Zurück zum Zitat V. Vaithyanathan and L.Q. Chen: Acta Mater., 2002, vol.502, pp. 4061–73.CrossRef V. Vaithyanathan and L.Q. Chen: Acta Mater., 2002, vol.502, pp. 4061–73.CrossRef
21.
Zurück zum Zitat A.B. Kamara, A.J. Ardell, and C.N.J. Wagner: Metall. Mater. Trans. A, 1996, vol. 27A, pp. 2888–96.CrossRef A.B. Kamara, A.J. Ardell, and C.N.J. Wagner: Metall. Mater. Trans. A, 1996, vol. 27A, pp. 2888–96.CrossRef
22.
Zurück zum Zitat S.V. Prikhodko, J.D. Carnes, D.G. Isaak, H. Yang, and A.J. Ardell: Metall. Mater. Trans. A, 1999, vol.30A, pp. 2403-08.CrossRef S.V. Prikhodko, J.D. Carnes, D.G. Isaak, H. Yang, and A.J. Ardell: Metall. Mater. Trans. A, 1999, vol.30A, pp. 2403-08.CrossRef
23.
Zurück zum Zitat B. Böttger, J. Eiken, and I. Steinbach: Acta Mater., 2006, vol.54, pp. 2697-704.CrossRef B. Böttger, J. Eiken, and I. Steinbach: Acta Mater., 2006, vol.54, pp. 2697-704.CrossRef
25.
26.
Zurück zum Zitat W. Sun, S. Cui, L. Zhang, Y. Du, and B. Huang: Procedia Eng., 2012, vol.36, pp. 200-06.CrossRef W. Sun, S. Cui, L. Zhang, Y. Du, and B. Huang: Procedia Eng., 2012, vol.36, pp. 200-06.CrossRef
27.
Zurück zum Zitat T. Rojhirunsakool, S. Meher, J.Y. Hwang, S. Nag, J. Tiley, and R. Banerjee: J. Mater. Sci., 2013, vol.48, pp. 825-31.CrossRef T. Rojhirunsakool, S. Meher, J.Y. Hwang, S. Nag, J. Tiley, and R. Banerjee: J. Mater. Sci., 2013, vol.48, pp. 825-31.CrossRef
28.
Zurück zum Zitat K. Thornton, N. Akaiwa, and P.W. Voorhees: Acta Mater., 2004, vol.52, pp.1353-66.CrossRef K. Thornton, N. Akaiwa, and P.W. Voorhees: Acta Mater., 2004, vol.52, pp.1353-66.CrossRef
29.
Zurück zum Zitat M. Fährmann, P. Fratzl, O. Paris, E. Fährmann, and W.C. Johnson: Acta Metall. Mater., 1995, vol.43, pp. 1007-021.CrossRef M. Fährmann, P. Fratzl, O. Paris, E. Fährmann, and W.C. Johnson: Acta Metall. Mater., 1995, vol.43, pp. 1007-021.CrossRef
30.
31.
Zurück zum Zitat E.Y. Plotnikov, Z. Mao, R.D. Noebe, and D.N. Seidman: Scripta Mater., 2013, vol.70, pp. 51-54.CrossRef E.Y. Plotnikov, Z. Mao, R.D. Noebe, and D.N. Seidman: Scripta Mater., 2013, vol.70, pp. 51-54.CrossRef
33.
Zurück zum Zitat H. Wendt, and P. Haasen, Acta Metall. Mater., 1983, vol.31, pp. 1649-59.CrossRef H. Wendt, and P. Haasen, Acta Metall. Mater., 1983, vol.31, pp. 1649-59.CrossRef
34.
35.
Zurück zum Zitat T. Hirata, and D.H. Kirkwood: Acta Metall. Mater., 1977, vol.25, pp. 1425-34.CrossRef T. Hirata, and D.H. Kirkwood: Acta Metall. Mater., 1977, vol.25, pp. 1425-34.CrossRef
36.
Zurück zum Zitat M. Nemoto, W.H. Tian, and T. Sano: J. Phys., 1991, vol. 1(III), pp. 1099–117. M. Nemoto, W.H. Tian, and T. Sano: J. Phys., 1991, vol. 1(III), pp. 1099–117.
37.
Zurück zum Zitat A. Maheshwari and A.J. Ardell: Acta Metall. Mater., 1992, vol.40, pp. 2661-67.CrossRef A. Maheshwari and A.J. Ardell: Acta Metall. Mater., 1992, vol.40, pp. 2661-67.CrossRef
38.
Zurück zum Zitat M.E. Thompson, C.S. Su, and P.W. Voorhees: Acta Metall., 1994, vol.42, pp. 2107-22.CrossRef M.E. Thompson, C.S. Su, and P.W. Voorhees: Acta Metall., 1994, vol.42, pp. 2107-22.CrossRef
39.
Zurück zum Zitat Y. Wang and A.G. Khachaturyan: Acta Metall. Mater., 1995, vol.43, pp. 1837-57.CrossRef Y. Wang and A.G. Khachaturyan: Acta Metall. Mater., 1995, vol.43, pp. 1837-57.CrossRef
41.
Zurück zum Zitat Z.F. Peng, Y.Y. Ren, and Q.S. Mei: Scripta Mater., 2000, vol.42, pp. 1059-64.CrossRef Z.F. Peng, Y.Y. Ren, and Q.S. Mei: Scripta Mater., 2000, vol.42, pp. 1059-64.CrossRef
42.
43.
Zurück zum Zitat R.N. Frank and R.N. Nabarro: Metall. Mater. Trans. A, 1996, vol.27A, pp. 513-30. R.N. Frank and R.N. Nabarro: Metall. Mater. Trans. A, 1996, vol.27A, pp. 513-30.
44.
Zurück zum Zitat T. Niyazaki, H. Imamura, H. Mori, and T. Kozakai: J. Mater. Sci., 1981, vol.16, pp. 1197-203.CrossRef T. Niyazaki, H. Imamura, H. Mori, and T. Kozakai: J. Mater. Sci., 1981, vol.16, pp. 1197-203.CrossRef
45.
Zurück zum Zitat T. Murakumo, T. Kobayashi, Y. Koizumi, and H. Harada: Acta Mater., 2004, vol.52, pp. 3737-44.CrossRef T. Murakumo, T. Kobayashi, Y. Koizumi, and H. Harada: Acta Mater., 2004, vol.52, pp. 3737-44.CrossRef
46.
Zurück zum Zitat R.R. Jensen and J.K. Tien: Metall. Trans. A, 1985, vol.16A, pp. 1049-68.CrossRef R.R. Jensen and J.K. Tien: Metall. Trans. A, 1985, vol.16A, pp. 1049-68.CrossRef
47.
Zurück zum Zitat T.M. Pollock and A.S. Argon: Acta Metall. Mater., 1992, vol.40, pp. 1-30.CrossRef T.M. Pollock and A.S. Argon: Acta Metall. Mater., 1992, vol.40, pp. 1-30.CrossRef
48.
Zurück zum Zitat F. Diologent and P. Caron: Mater. Sci. Eng., 2004, vol.385A, pp. 245-57.CrossRef F. Diologent and P. Caron: Mater. Sci. Eng., 2004, vol.385A, pp. 245-57.CrossRef
49.
Zurück zum Zitat J.S. Van Sluytman and T.M. Pollock: Acta Mater., 2012, vol.60, pp. 1771-83.CrossRef J.S. Van Sluytman and T.M. Pollock: Acta Mater., 2012, vol.60, pp. 1771-83.CrossRef
Metadaten
Titel
Design of the Precipitation Process for Ni-Al Alloys with Optimal Mechanical Properties: A Phase-Field Study
Publikationsdatum
01.04.2014
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 4/2014
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-014-2192-6

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.