镍基超合金中轻质间隙离子短程有序性的原子尺度模拟
材料科学
2025-07-29 v1 应用物理
摘要
本研究采用混合蒙特卡罗分子动力学模拟方法，探讨掺杂硼或碳的镍基超合金短程有序行为。模拟结果表明，硼和碳均从其所属的 Ti 原子中解离，以与 Cr、Mo、Nb 形成能量更优的有序结构。硼形成 B2 簇，并被 Mo、Nb、Cr 包围；碳则优先与 Cr 形成 Cr23C6 局部构型，并与 Nb 形成 Nb2C。观察到不同的间隙位置偏好，硼倾向于四面体间隙，碳占据八面体间隙。在存在空位时，B2 从四面体间隙位移至空位位置，并继续与 Mo、Nb、Cr 保持配位。类似地，碳利用空位形成 Nb2C 簇。能量计算显示，B 和 C 在其短程有序配置中表现出强大的热力学稳定性。然而，在 Ti 富集条件下，C 更可能聚集到 TiC 中，尽管已存在与 Cr 的有序结构。这种稳定性转变表明，Ti 的增加会改变碳化物形成路径，使 C 从 Cr 富集网络中抽离，促进 TiC 的发展。这种重新分布可能破坏 Cr 基碳化物网络的连续性，而该网络在稳定晶界和阻止裂纹扩展方面发挥关键作用。这些效应进一步凸显了间隙引起的有序性对相稳定性和微观结构演化的影响。本工作从原子尺度提供了硼和碳诱导的有序性如何影响组织结构和机械性能的视角。这些发现突出了间隙诱导的短程有序性的关键作用，并表明可将其作为设计原则，用于针对特定工程应用微调合金组织结构。
关键词
引用
@article{arxiv.2507.14382,
title = {Atomistic Simulations of Short-range Ordering with Light Interstitials in Inconel Superalloys},
author = {Tyler D. Dolžal and Emre Tekoglu and Jong-Soo Bae and Gi-Dong Sim and Rodrigo Freitas and Ju Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.14382},
year = {2025}
}