检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：熊紫伊厦门大学

学位级别：硕士

航空发动机被认为是航空飞机的“心脏”,其性能的提高对于现代航空航天技术的发展至关重要。涡轮盘作为航空发动机热端的关键部件之一,其盘心和盘缘需要承受不同的工作温度。然而,传统的双合金/双性能涡轮盘连接处材料性能的急剧转变使... 详细信息

航空发动机被认为是航空飞机的“心脏”,其性能的提高对于现代航空航天技术的发展至关重要。涡轮盘作为航空发动机热端的关键部件之一,其盘心和盘缘需要承受不同的工作温度。然而,传统的双合金/双性能涡轮盘连接处材料性能的急剧转变使得盘和叶片在连接过程中容易产生裂纹,对其高温使用造成威胁。为解决该问题,可利用增材制造技术在异种材料间引入“梯度分布区”。通过组成材料体积分数的连续变化,实现材料之间的渐变转换。并且其与拓扑优化的结合为多材料融合的涡轮盘结构的优化设计及制备提供了可能。但为了实现对涡轮盘的拓扑优化,需要对组成材料的本征力学性能参量值及多材料融合处的材料模型进行定义。然而,目前尚未有系统完善的涡轮盘合金材料力学性能参量数据库,并且计算成分及温度变化后引起的多材料性能连续变化,对功能梯度材料宏观力学性能进行评估的研究工作也鲜有报道。为了解决这些研究问题,本文通过第一性原理计算方法、热力学相图计算方法及基于渐进均匀化的有限元计算方法建立了多材料融合力学性能预测的理论模型。系统地研究了合金单相、多相合金、多材料融合后的力学性能分布,并最终实现对多材料融合力学性能预测的理论方法框架的构建。另外,研究了合金中关键相稳定性随相成分的变化规律,以期为新型镍基高温合金的改性提供理论支撑。本文包含三个主要研究内容:合金单相相稳定性及本征力学性能的评估(第三章);多相合金力学性能评估模型的构建与验证(第四章);多材料融合界面处力学性能预测模型的构建(第五章)。利用第一性原理计算方法,根据计算的能量值讨论了各合金元素在镍基高温合金GH4169和K418B合金中合金单相(γ,γ',Y")的晶格占位,并探究了 Al、Nb、Ti、Co、W对其相稳定性的影响规律。对相组成元素对合金单相力学性能参量(Pugh比B/G、杨氏模量E、维氏硬度Hv)的影响规律进行深入探究。绘制和分析了单相本征力学性能与成分的关系云图。研究结果表明:Al和Ti对γ'相具有稳定作用,而Nb和W则更倾向于促进γ"相的生成。同一元素对不同单相力学性能参量的影响规律也呈现出多样性。基于calphad方法的理论基础,通过引入相互作用参数构建了多相合金材料的力学性能评估模型,且基于准简谐德拜近似模型对GH4169和K418B合金中的合金单相(γ,γ',γ")的高温弹性常数进行计算。借助热力学相图计算方法对两种合金开展了线计算和面计算,获得合金中的相体积分数与相成分。在此基础上,利用不同Al成分下K418B合金和原始成分GH4169合金的力学性能测试数据,实现了对多相K418B合金和GH4169合金力学性能评估模型的构建,与实验值相比误差在均在8%以内。通过构建具有代表性的GH4169和K418B融合后的细观结构(RVE,Representative Volume Element),借助渐进均匀化理论处理具有快速振荡系数的微分方程,从而实现对梯度材料的离散化处理。并通过有限元方法实现了材料宏观特性与微观特性的连接,预测了多材料融合后界面处的宏观特性。绘制了力学性能参量(泊松比v、杨氏模量E、剪切模量G、维氏硬度Hv)与温度和体积分数的分布云图,成功构建了材料融合界面处的性能预测模型。将构建的多相合金力学性能评估模型作为输入,实现了一体化多材料融合力学性能预测模型的构建。

关键词：增材制造多材料融合力学性能高温合金 calphad方法

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轨道列车用5xxx系铝合金焊丝优化

轨道列车用5xxx系铝合金焊丝优化

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作者：左汉宁昆明理工大学

学位级别：硕士

随着我国轨道交通行业飞速发展及世界范围内对轨道列车提速减排要求的提升,轨道交通车体中铝材所占的比例逐渐提高,铝合金的焊接结构也得到越来越多的关注。但在铝合金焊材尤其是高品质焊丝方面,目前的供应几乎被外国几家大公司所垄断,... 详细信息

随着我国轨道交通行业飞速发展及世界范围内对轨道列车提速减排要求的提升,轨道交通车体中铝材所占的比例逐渐提高,铝合金的焊接结构也得到越来越多的关注。但在铝合金焊材尤其是高品质焊丝方面,目前的供应几乎被外国几家大公司所垄断,存在严重的“卡脖子”问题,因此亟需寻找一种经济高效的方法提高国内自主生产铝合金焊丝的质量及稳定性,使其部分替代进口焊丝,打破国外的垄断。本文通过分析国产、进口5087焊丝及其所焊接接头性能产生差距的原因,并以此为基础完成焊缝成分、性能的优化选择,进一步指导焊丝成分优化,提出焊丝制造的内控标准,尝试解决焊丝这一“卡脖子”问题。论文得到以下结论:(1)为找出国产焊丝性能逊于进口焊丝的原因,使用金相显微镜、扫描电镜、万能试验机、显微硬度计等对生产中常用的国产SAL 5087焊丝及进口ER 5087焊丝的组织和性能进行对比,得出二者的松弛直径,翘距等都控制在各国标准规定的范围内;成分上的差异存在于Mg、Ti、Cr三个元素,进口焊丝中Mg、Ti元素含量更高,且进口焊丝中粗大的组织较少,AlMg相分布更为弥散;相较于国产焊丝,进口焊丝表面更为光洁,可控制的非拉拔方向划痕及凹坑、颗粒数量要更少,焊丝直径变化较小,送丝稳定性好;力学性能方面进口焊丝的硬度变化幅度更小,平均硬度值、抗拉强度等也要优于国产焊丝。(2)为研究两种焊丝所得焊缝的性能从而更好的焊丝优化的切入点,通过脉冲MIG焊的方式分别完成两种焊丝和6082-T6母材的焊接,通过射线探伤仪、扫描电镜、万能试验机等对焊接接头分析后发现,进口焊丝所得焊缝中的Mg、Ti含量高于国产焊丝所得焊缝,但Cr要低于国产焊丝所得焊缝,这与两焊丝本身元素变化规律一致;进口焊丝所得焊缝的组织更均匀且枝晶更细小,因此在硬度、抗拉强度等方面也优于国产焊丝所得焊缝。另外,还通过焊接实验得到Mg元素挥发率5.72%,焊接熔合比31.66%,经实测焊接热循环和ABAQUS焊接模拟相结合可知,焊缝中心处的峰值温度为797.53°C,冷却速度为24.85°C/s。(3)为对焊丝成分进行优化,首先通过calphad技术及DOE实验设计的方法,对焊缝的成分进行优化筛选,再结合优化所得焊缝成分和实验得出焊缝的熔合比、易挥发元素的挥发率反推出焊丝的成分。其中DOE实验为减小误差采用5因子3水平的全因子设计方法。最终得出优化的焊缝成分为Mg:3.5～4.0wt.%、Mn:0.8～0.9wt.%、Cr:0.08～0.11wt.%、Ti:0.09～0.11wt.%、Zr:0.13～0.16wt.%、Fe:<0.15wt.%、Si<0.35wt.%、Zn<0.03wt.%、Cu<0.03wt.%;优化后的焊丝成分为Mg:5.05～5.82wt.%、Mn:0.8～0.95wt.%、Cr:0.11～0.16wt.%、Ti:0.09～0.12wt.%、Zr:0.11～0.15wt.%、Fe:<0.15wt.%、Si<0.08wt.%、Zn<0.012wt.%、Cu<0.021wt.%。

关键词：铝合金焊丝 calphad方法成分组织力学性能成分设计

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Cu合金中关键三元系的相图实验测定与热力学计算研究

Cu合金中关键三元系的相图实验测定与热力学计算研究

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作者：仇成亮安徽理工大学

学位级别：硕士

Cu及Cu合金因具有高导电性、高导热性、良好的机械性能和良好的耐腐蚀性等特殊性能,广泛应用于电力、电子通信、航空航天、交通运输等领域。随着科技的不断进步,电子信息行业的迅猛发展,对铜合金的性能要求越来越高。如何得到优质的铜... 详细信息

Cu及Cu合金因具有高导电性、高导热性、良好的机械性能和良好的耐腐蚀性等特殊性能,广泛应用于电力、电子通信、航空航天、交通运输等领域。随着科技的不断进步,电子信息行业的迅猛发展,对铜合金的性能要求越来越高。如何得到优质的铜合金是近年来研究的热点。Ag、Cr、Ni、Si、Co、W等元素是铜合金中常用的合金元素或添加元素,能改善合金性能,得到不同用途的铜合金。为了开发设计新型铜合金,获得精准的多组元Cu合金体系的相图热力学信息是必要的。本文通过配置关键合金,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM/EDX)等检测方法测定了Cu-Ag-Si、Cu-Cr-Ni、Cu-Cr-Ag体系的等温截面,并采用相图计算(calphad:CALculation of PHAse Diagrams)方法,借助Thermo-Calc软件,对Cu-Ag-Si、Cu-Cr-Ni、Cu-Cr-Ag、Ni-Co-Re、Ni-Co-Ru和Ni-Re-W六个三元系进行了相图热力学研究。主要取得如下成果:(1)基于实验-模拟互补法,采用关键实验和calphad相结合的方法研究了Cu-Ag-Si体系的相平衡。制备18个三元合金样品,用XRD和SEM/EDX测定了Cu-Ag-Si体系在500、600和700℃的等温截面,得到了Ag在CuSi、CuSi、CuSi和hcp(Cu Si)相的溶解度。根据本工作和文献报道的实验相平衡数据果,采用calphad方法对Cu-Ag-Si体系进行了热力学优化。采用置换溶液模型描述(Cu)、(Ag)、(Si)和hcp(Cu Si)等溶体相;采用亚点阵模型描述CuSi、CuSi和CuSi二元化合物相用。通过优化得到了一套自洽的能准确描述Cu-Ag-Si体系的热力学参数,计算了500、600、650和700℃的等温截面、Ag成分为10 at.%和20 at.%的垂直截面、液相面投影图和等焓线,并构建了Cu-Ag-Si体系的希尔反应图。本工作的计算结果能很好地描述大部分可靠的实验数据。(2)为获得Cu-Cr-Ag体系在500、600、650和700℃的等温截面,基于实验-模拟互补法,制备了11个关键三元合金样品。采用XRD和SEM/EDX测定了Cu-Cr-Ag体系在500、600、650和700℃下的等温截面,确定了三相区和两相区,得到了第三组元在二元化合物中的溶解度。在该三元系中未发现三元化合物。基于本工作实验得到的相平衡数据,用置换溶液模型来描述溶体相,采用calphad方法对Cu-Cr-Ag体系进行了热力学描述,得到了一套自洽的能准确描述Cu-Cr-Ag体系的热力学参数。本工作的计算结果与实验数据相吻合。(3)采用关键实验和calphad相结合的方法,制备了14个关键三元合金样品研究了Cu-Cr-Ni体系在800和1000℃下的相平衡。确定了三相区和两相区,测定了第三组元在二元化合物中的溶解度,且未发现三元化合物的存在。基于文献和本工作的实验相平衡数据,用置换溶液模型来描述溶体相,采用calphad方法对Cu-Cr-Ni体系进行了热力学描述,得到了一套自洽的能准确描述Cu-Cr-Ni体系的热力学参数,计算结果与大多数可靠的实验数据能够相吻合。(4)基于文献报道的边际二元系热力学参数和三元系的实验相平衡数据,采用calphad方法,对Ni-Co-Re、Ni-Co-Ru和Ni-Re-W体系进行了热力学优化。用置换溶液模型描述fcc、bcc和hcp等溶体相,亚点阵模型描述σ(Re W)和χ(ReW)二元化合物相。通过优化计算,得到了一套自洽的能够准确描述Ni-Co-Re、Ni-Co-Ru和Ni-Re-W体系的热力学参数。计算了一些具有代表性的等温截面和液相面投影图。通过与实验数据比较,本工作计算的相图与实验数据相吻合。图[36]表[13]参[110]

关键词：铜合金相图实验测定 calphad方法热力学模型

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Cu-Cr-Zr-Ag-Y多元体系相图热力学及热导率模型研究

Cu-Cr-Zr-Ag-Y多元体系相图热力学及热导率模型研究

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作者：金程刚安徽理工大学

学位级别：硕士

随着我国高科技产业迅猛发展,作为核心材料的高强高导铜合金被广泛用于高科技产业领域。元素Ag、Cr、Zr、Y均是高强高导常用的添加元素,用以改善合金的力学性能。充分掌握Cu–Cr–Zr–Ag–Y体系的相平衡、热力学及热物性质,对高强高导... 详细信息

随着我国高科技产业迅猛发展,作为核心材料的高强高导铜合金被广泛用于高科技产业领域。元素Ag、Cr、Zr、Y均是高强高导常用的添加元素,用以改善合金的力学性能。充分掌握Cu–Cr–Zr–Ag–Y体系的相平衡、热力学及热物性质,对高强高导铜合金的开发具有重要的指导意义。本文通过关键实验和calphad(CALculation of PHAse Diagrams)方法,研究了Cu–Ag–Zr、Ag–Zr–Y和Cu–Ag–Cr–Zr体系合金微观组织和相平衡关系。同时采用,calphad方法与热导率模型,实验研究和计算了Cu–Ag–Cr–Zr体系边际二元系的热导率。研究工作如下:(1)通过XRD和SEM/EDS技术测定了Cu–Ag–Zr体系在500°C和600°C的相平衡。采用DSC手段研究了与CuAg Zr相有关的零变量反应,确定了七个零变量反应。制备了2个铸态合金并研究了凝固行为。测定了元素Cu、Ag在二元相中的溶解度。发现三元化合物CuAg Zr,其成分范围分别为CuAgZr和CuAgZr。对Cu–Ag–Zr体系重新进行了热力学评估,获得了一组可以自洽描述Cu–Ag–Zr体系的热力学参数。计算了500°C、600°C和750°C的等温截面与液相线投影图,并构建了希尔反应图。采用Gulliver-Scheil计算模块,模拟了铸态合金的非平衡凝固行为。计算的相平衡和模拟的凝固行为与实验数据一致。(2)利用XRD、SEM/EDS研究了Ag–Zr–Y体系800°C、600°C和500°C的相平衡。测定了元素Zr、Y在二元相的溶解度,未发现三元化合物的存在。对Ag–Zr–Y体系进行热力学评估,得到了一套自洽的且能准确描述Ag–Zr–Y体系的热力学参数。计算了800°C、750°C、600°C和500°C的等温截面和液相面投影图,并构筑了Ag–Zr–Y体系的希尔反应图。计算结果与实验数据相吻合。(3)基于文献评估和本工作获得的Cu–Ag–Cr–Zr体系的热力学参数,构建了该体系的热力学数据库。计算了Cu–Ag–Cr–Zr体系在5.0 at.%Zr时的600°C、700℃的等温截面,设计并制备了6个平衡合金和4个铸态合金。测定了Cu–Ag–Cr–Zr体系在5.0 at.%Zr时的600°C、700℃的相平衡,测定了各二元系化合物相的溶解度,测定并外推了3个四相区与4个三相区,构筑了Cu–Ag–Cr–Zr体系在5.0 at.%Zr时的600°C、700℃的实验相图。观察并分析了铸态合金的微观组织和相成分,并计算了铸态合金在非平衡条件下的凝固过程。计算模拟结果与实验结果一致。(4)通过Cu–Ag–Cr–Zr体系数据库设计并采用合金法制备了在600℃等温线上的11个平衡合金。通过SEM/EDS手段检测分析了各合金的相关系与相成分。通过激光闪光法测定了合金在20°C、100°C、200°C、300℃温度下的热扩散系数,采用阿基米德法测定了合金的密度,使用热力学数据库计算得到了各个合金不同温度与成分时的比热,通过公式计算得到了合金的实验热导率。采用热导率的calphad模型,并结合实验数据优化得到了纯元素Ag、Cr、Zr,固溶体(Cu)、(Ag)相,线性化合物CuZr、CuZr、Cu Zr相及Cu–X(X=Ag、Cr、Zr)体系两相区的热导率参数。计算了各体系各温度与成分下热导率,Cu–Ag、Cu–Cr体系0-300℃热导率随温度与成分变化图,得到了热导率的变化趋势,计算结果与实验结果相一致。图[51]表[17]参[184]

关键词： Cu基合金实验测定 calphad方法热导率相图

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B对Al-Cr-Nb-Ti体系相平衡的影响研究

B对Al-Cr-Nb-Ti体系相平衡的影响研究

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作者：谢迪中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

TiAl基合金因其具有密度低、熔点高和结构稳定性好等优良性能而被国内外学者广泛关注。B、Cr和Nb作为TiAl基合金的重要添加元素,显著影响TiAl基合金的性能,其中B和Cr对于合金塑性和断裂韧性的提高有明显的作用,添加元素Nb提高合金的抗... 详细信息

TiAl基合金因其具有密度低、熔点高和结构稳定性好等优良性能而被国内外学者广泛关注。B、Cr和Nb作为TiAl基合金的重要添加元素,显著影响TiAl基合金的性能,其中B和Cr对于合金塑性和断裂韧性的提高有明显的作用,添加元素Nb提高合金的抗氧化性能。本论文旨在研究元素B对Al-Cr-Nb-Ti体系相平衡的影响。本论文在calphad方法的框架下,将关键实验和热力学评估相结合,建立了 Al-B-Cr-Nb-Ti体系的热力学数据库。论文的主要研究内容包括:1、在系统查阅相关二元系和三元系的实测相图、热化学数据和热力学优化结果基础上,构筑了 Al-B、B-Nb、B-Ti、B-Cr-Nb和B-Cr-Ti体系的热力学数据库。针对B-Cr体系现有热力学优化中存在的问题,对该二元系重新进行了热力学评估,得到了热力学模型参数。2、采用相平衡实验法,借助X射线衍射和电子探针微区成分分析,测定了B-Cr-Nb三元系富Cr-Nb边、B-Cr-Ti三元系富Cr-Ti边1000℃时关键试样的相组成、相成分以及显微形貌,绘制了 B-Cr-Nb三元系富Cr-Nb边、B-Cr-Ti三元系富Cr-Ti边1000℃的等温截面图。3、采用置换溶体模型描述溶体相,亚点阵模型描述中间化合物相。在此基础上,优化得到B-Cr-Nb三元系富Cr-Nb边、B-Cr-Ti三元系富Cr-Ti边中各个物相的热力学模型参数。计算得到的相应三元相图和实验数据较为吻合。

关键词： calphad方法 Al-B-Cr-Nb-Ti体系相平衡热力学数据库

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部分取向硅钢合金体系热力学数据库的建立及合金设计

部分取向硅钢合金体系热力学数据库的建立及合金设计

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作者：胡杨厦门大学

学位级别：硕士

硅钢亦称电工钢，是电力和电讯工业用以制造发电机、电动机、变压器、互感器、继电器以及其它电器仪表的重要磁性材料。相图是材料设计的重要理论基础，在金属材料成分设计中有重要应用，因此，有必要掌握取向硅钢的相图和热力学信息。... 详细信息

硅钢亦称电工钢，是电力和电讯工业用以制造发电机、电动机、变压器、互感器、继电器以及其它电器仪表的重要磁性材料。相图是材料设计的重要理论基础，在金属材料成分设计中有重要应用，因此，有必要掌握取向硅钢的相图和热力学信息。本论文通过实验测定和热力学计算两种途径，对取向硅钢部分铁基相平衡进行了实验测定和热力学计算，主要研究工作如下:\n (1)实验测定了Fe-Si-Zr三元系在1000℃和1100℃时全成分范围的等温截面相图，并且发现一个新相。基于本研究的实验结果和文献报道的实验计算数据，利用calphad技术，对Fe-Si-Zr三元系相图进行了热力学优化与计算。\n (2)实验测定了Fe-Si-Mn和Fe-Si-S三元系在1100℃，1200℃和1300℃富铁侧等温截面相图。基于本研究的实验结果和文献报道的实验计算数据，利用calphad技术，对Fe-S、Si-S两个二元系和Fe-Si-Mn、Fe-Si-S两个三元系相图进行了热力学优化与计算。\n (3)基于本研究的热力学计算结果和文献报道的其他二元系和三元系热力学信息，建立了Fe-Si-Mn-Al-C-S-Zr七元系相图的热力学数据库。\n 本研究获得的相平衡实验结果以及优化获得的热力学参数，将作为取向硅钢热力学数据库的一个重要组成部分，同时，该研究结果将为取向硅钢的成分设计及制备工艺提供重要的理论依据。

关键词：取向硅钢合金设计 calphad方法相图热力学数据库构建

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Cu基关键三元合金块体和晶界相图研究

Cu基关键三元合金块体和晶界相图研究

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作者：张宇安徽理工大学

学位级别：硕士

Cu合金具有高强度钎焊、高导电性、导热性、优异的电子性能和工艺性能,广泛应用于电子工业、机械钎焊和铁路运输等领域。作为高强高导材料,Cu基合金中添加少量合金元素能提高其延展性、耐磨性和耐腐蚀性。Cr、Nb、Si、Sn、Ti、Zr等合金... 详细信息

Cu合金具有高强度钎焊、高导电性、导热性、优异的电子性能和工艺性能,广泛应用于电子工业、机械钎焊和铁路运输等领域。作为高强高导材料,Cu基合金中添加少量合金元素能提高其延展性、耐磨性和耐腐蚀性。Cr、Nb、Si、Sn、Ti、Zr等合金元素的添加,可通过固溶强化和沉淀硬化机制显著提高Cu基合金的机械和工艺性能。Cu基合金的相平衡和热力学性质对开发和设计新型Cu基高温结构材料具有重要的理论指导。本文集成关键实验和calphad(CALculation of PHAse Diagrams)方法,研究了Cu-Cr-Si、Cu-Ti-Nb、Ag-Sn-Zr和Ag-Cu-M(M=Nb、Fe和Pb)体系合金微观组织和相平衡关系。同时,将calphad方法同Benedictus-B?ttger-Mittemeijer修正模型和明锐界面模型相耦合,构建了Cu-Ag和Cu-Cr体系的晶界相图。研究工作如下:(1)采用合金法制备17个Cu-Cr-Si三元合金样品,通过XRD和SEM/EDS手段测定了该体系700和800℃的等温截面。该体系未发现三元化合物。实验测定了Cr和Cu分别在Cu-Si和Cr-Si体系中各个二元化合物的溶解度。采用置换溶体模型和亚点阵模型描述Cu-Cr-Si体系中的溶体相和金属间化合物相,通过优化计算获得一套完整描述Cu-Cr-Si体系的热力学参数。计算了700、800、900、1000、1100和1200℃的等温截面,成分为0-100和0-18 at.%Si的垂直截面、液相面投影图,并构筑了希尔反应图。计算结果与实验数据吻合较好。(2)采用关键实验和calphad方法相结合,研究了Cu-Ti-Nb体系的相平衡关系和热力学性质。采用合金法,制备了14个关键合金和4个铸态合金样品,使用XRD和SEM/EDS分别测定了Cu-Ti-Nb体系600和700℃的等温截面以及铸态合金凝固的显微结构。实验分别测定了Nb在Cu-Ti二元系中二元化合物和Cu在(βTi,Nb)相中的溶解度,未测得Cu-Ti-Nb体系存在三元化合物。采用calphad方法对Cu-Ti-Nb体系进行了热力学计算和优化,获得一套准确描述Cu-Ti-Nb体系的热力学参数。计算结果与实验数据吻合较好。在平衡和Gulliver-Scheil非平衡条件下,计算模拟了铸态合金的凝固过程和各相成分在凝固过程中的变化,模拟结果与实验结果相一致。(3)采用合金法制备了22个Ag-Sn-Zr关键三元合金和8个铸态合金样品,使用XRD和SEM/EDS分别测定了该体系500、700和900℃的等温截面和铸态合金的凝固显微组织。实验分别测定了Zr、Sn和Ag在Ag-Sn、Ag-Zr和Sn-Zr二元化合物中的溶解度,铸态合金中出现共晶组织(ZrSn+Ag Zr+(Ag)和Ag Zr+Ag Zr)和包晶组织(hcp(Ag Sn)+AgSn)。使用置换溶体模型和亚点阵模型来描述Ag-Sn-Zr体系中的溶体相和金属间化合物相,获得一套准确描述Ag-Sn-Zr体系的热力学参数。计算了500、700和900℃的等温截面,液相面投影图,并构筑了该体系的希尔反应图,计算结果与实验数据较吻合。采用Scheil模型模拟了铸态合金非平衡条件下的凝固过程和各个相成分变化,模拟结果与实验结果相一致。(4)采用“实验-模拟”互补法设计制备了16个三元合金,利用XRD和SEM/EDS手段测定了Ag-Cu-Nb体系500、600、700和800℃的等温截面。采用calphad方法计算和优化了Ag-Cu-Nb、Ag-Cu-Fe和Ag-Cu-Pb体系,分别获得到了一套能准确描述这3个三元系的热力学参数,并计算一些代表性的等温截面和液相面投影图。计算的结果与文献报道的实验数据相吻合。(5)将calphad方法同Benedictus-B?ttger-Mittemeijer修正模型和明锐界面模型相耦合,计算了Cu-Ag和Cu-Cr体系形成过冷液相需要消耗的体积自由能(35)G(vol))、参考界面能(35)?和热力学参数λ值,并采用MATLAB算法构建了Cu-Ag和Cu-Cr体系的晶界λ相图。结果表明,(Ag)+(Cu)两相区的λ值在恒温时是常数,在富Cu单相区,λ值随着掺杂Ag含量的增加而增大,说明Ag能促进晶界无序化,亦即Ag的加入能够促进Cu的烧结。为进一步验证计算结果的准确性,本工作在富Cu单相区分别配制掺杂0、1和2 at.%Ag的二元Cu-Ag合金进行活性烧结实验,测定不同掺杂量、烧结温度和烧结时间对Cu-Ag合金相对密度和密实率的影响。结果表明,随烧结温度和时间的提高,合金样品的相对密度和密实率逐渐增大。实验结果与模型预测的结果相一致。图[154]表[21]参考文献[205]

关键词： Cu基合金实验测定 calphad方法晶界相图

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Ti-Fe-X（X=Cr、Zr）体系bcc相扩散和原子移动性研究

Ti-Fe-X（X=Cr、Zr）体系bcc相扩散和原子移动性研究

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作者：聂晶晶湘潭大学

学位级别：硕士

钛基合金是一种高强度、低弹性模量、耐腐蚀性和生物相容性优良的材料,在航空航天、汽车、生物医用等多个行业具有广泛的应用空间。在大多数大规模应用中,钛合金的高生产成本成为替代钢和铝的主要障碍之一,在钛合金中添加Fe、Cr等低成... 详细信息

钛基合金是一种高强度、低弹性模量、耐腐蚀性和生物相容性优良的材料,在航空航天、汽车、生物医用等多个行业具有广泛的应用空间。在大多数大规模应用中,钛合金的高生产成本成为替代钢和铝的主要障碍之一,在钛合金中添加Fe、Cr等低成本合金元素已经成为降低钛合金成本的有效途径。此外,无毒且非过敏元素Zr在钛合金中添加能提高生物相容性和耐腐蚀性并降低杨氏模量,从而开发出新型生物植入材料。钛合金中合金元素的扩散行为与材料处理工艺和相变密切相关,而扩散热力学和动力学是合金设计与工艺优化的基础,与各种计算方法相结合,能对组织演变和扩散相关过程进行模拟,能提高钛基合金材料成分筛选和工艺优化的效率。因此,本文选取Ti-Fe-Cr-Zr体系作为研究对象,采用扩散偶方法,实验测定了Ti-Fe-X(X=Cr、Zr)体系中bcc相的扩散系数。基于文献报道的相关热力学信息和动力学参数,利用Thermo-Calc软件优化得到了TiFe-X(X=Cr、Zr)体系bcc相原子移动性参数,进一步完善了钛基多元合金动力学数据库,本研究的主要内容如下: (1)结合相关体系的二元相图,设计和制备了一系列Ti-Fe-X(X=Cr、Zr)三元系合金bcc单相的扩散,采用Whittle-Green方法和Hall方法分别测定了Ti-FeCr体系bcc相在1273K和1373K下以及Ti-Fe-Zr体系bcc相在1373K和1473K下的互扩散系数和杂质扩散系数。通过对比两个体系的扩散系数可知,Fe在TiFe-X(X=Cr、Zr)体系bcc相中的扩散速率比Cr或Zr都要快。在这两个三元体系中,合金元素Fe、Cr和Zr的主扩散系数均大于交叉扩散系数,说明Fe、Cr和Zr元素在钛合金的扩散过程中主要受自身浓度梯度的影响。对于Ti-Fe-Cr体系,随着温度从1273K升高到1373K时,Fe和Cr的互扩散系数相应地增加了三倍左右。在Ti-Fe-Zr体系中,当温度从1373K变化到1473K,Fe的扩散速率增长为Zr的五倍,特别是在1473K下,Fe的主扩散系数几乎比Zr的主扩散系数增大了一个数量级,表明温度升高很大程度会加快合金元素的扩散速率。 (2)基于本实验得到的扩散系数数据和文献报道的五个二元系和Ti-Fe-Cr三元系的热力学信息,以及Ti-Fe、Ti-Cr、Fe-Cr和Ti-Zr二元系的动力学参数,采用Thermo-Calc软件中的Parrot模块,优化评估了Ti-Fe-X(Cr、Zr)体系bcc相的原子移动性参数,建立了对应体系的动力学数据库。 (3)根据本研究得到的Ti-Fe-Cr体系和Ti-Fe-Zr体系的原子移动性参数和实验测得的扩散数据,利用DICTRA软件对这两个体系在扩散偶交点处的互扩散系数进行了计算,对各扩散偶的扩散行为(如:扩散通道和成分-距离曲线)进行了模拟,分别与实验数据进行比较,计算与实验结果吻合较好,表明了建立的动力学数据库的可靠性。

关键词：钛合金扩散系数原子移动性 calphad方法

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Fe-V和Ni-V二元体系热力学优化

引用

上海金属 2024年第5期46卷 71-80,94页

作者：刘璇潘勤郑伟森鲁晓刚上海大学材料科学与工程学院上海200444 上海大学材料基因组工程研究院上海200444

采用calphad(calculation of phase diagram)方法对Fe-V和Ni-V二元系进行了热力学优化,并结合第一性原理计算,利用(A,B)_(10)(A,B)_(4)(A,B)_(16)三亚点阵模型描述σ相,首次成功地描述了σ相的占位分数。使用优化的模型参数不仅可以描述... 详细信息

采用calphad(calculation of phase diagram)方法对Fe-V和Ni-V二元系进行了热力学优化,并结合第一性原理计算,利用(A,B)_(10)(A,B)_(4)(A,B)_(16)三亚点阵模型描述σ相,首次成功地描述了σ相的占位分数。使用优化的模型参数不仅可以描述Fe-V和Ni-V系热化学性质,而且可以很好地重现Fe-V和Ni-V系的相平衡关系,为高熵合金多组元热力学数据库的建立奠定基础。

关键词： Fe-V Ni-V 计算热力学 calphad方法第一性原理计算

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Fe-Al-V三元系富铁角热力学优化

引用

上海金属 2024年第2期46卷 89-94页

作者：吴通刘璇郑伟森何燕霖上海大学材料科学与工程学院上海200444

采用calphad方法对Fe-Al-V三元系富铁角进行热力学优化,并首次提出采用三亚点阵模型描述三元金属间化合物L21相,即(Fe)2(Al,Fe)1(Fe,V)1。基于可靠的边界二元系热力学描述,结合Fe-Al-V三元系富铁角试验数据,通过优化获得了一套自洽准确... 详细信息

采用calphad方法对Fe-Al-V三元系富铁角进行热力学优化,并首次提出采用三亚点阵模型描述三元金属间化合物L21相,即(Fe)2(Al,Fe)1(Fe,V)1。基于可靠的边界二元系热力学描述,结合Fe-Al-V三元系富铁角试验数据,通过优化获得了一套自洽准确的热力学模型参数。优化的模型参数可较满意地重现Fe-Al-V三元系富铁角的相平衡关系,弥补了商业数据库无法对其进行描述的不足,为钒微合金化轻质钢的设计开发提供可靠的理论基础。

关键词： Fe-Al-V 计算热力学等温截面 calphad方法

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