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first-principles study of multiple-site substitutions of alloying elements in Ni-based single crystal superalloys

Science China(Technological Sciences) 2021年第6期64卷 1276-1284页

作者： SUN JunXi DU Wan XIAO Bin WU YuQin LIU Yi ZHANG TongYi State Key Laboratory of Advanced Special Steel Shanghai UniversityShanghai 200444China Materials Genome Institute Shanghai UniversityShanghai 200444China

The development of Ni-based single crystal superalloys relies heavily on the composition design with the addition of critical alloying elements,e.g.,Re and *** the role of alloying effects require to know the configurations of the alloying element distribution betweenγ-Ni andγ′-Ni3Al phases and among various non-equivalent *** work employed firstprinciples density functional theory calculations to study the preference of phase and site occupancy of 11 alloying elements including Al and transition metal elements:3d (Ti,Cr,Co,Ni),4d (Mo,Ru),and 5d (Hf,Ta,W,Re) in Ni and *** calculated the substitution energies of 1298 triple-site doping configurations including 286 Ni Ni Ni site doping of Ni,726 Al Ni Ni site doping,and 286 Ni Ni Ni site doping of Ni3Al with alloying elements Ni,Co,Ru,Cr,Re,Mo,W,Al,Ti,Ta,and *** the dual-site and triple-site doping of Ni and Ni3Al,all studied alloying elements preferred to occupy Ni phase rather than Ni3Al *** found that the most stable defect complexes often contained the favorable substitutions of Al,Ti,Ta,and Hf for the Ni sites that stabilized the alloying elements doping at the other one or two nearest neighbor *** co-substitutions of various alloying elements at multiple sites are critical to understanding the strengthening mechanism of alloying elements in Ni-based single crystal superalloys.

关键词： Ni-based single crystal superalloy first-principles density functional theory calculations phase and site occupancy substitution energy alloy design

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