多元鋁合金相圖拓?fù)潢P(guān)系的理論和實驗研究.pdf

1、計算材料科學(xué)的發(fā)展推動了材料設(shè)計進(jìn)程，作為材料熱力學(xué)計算發(fā)展方向之一的相圖計算CALPHAD(CALcaluation of PHAseDiagram)技術(shù)，能夠計算多元相圖、相變溫度以及各相分?jǐn)?shù)隨溫度變化等信息，為材料制備過程提供描述顯微組織演變所需的重要參數(shù)。相圖計算使熱力學(xué)和現(xiàn)代實驗技術(shù)緊密結(jié)合，并把材料的成分、組織及制備過程緊密聯(lián)系起來。它是實現(xiàn)從材料微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測宏觀性能的關(guān)鍵之一。目前國內(nèi)外對相圖的研究通常局限在單一溫度截面或

2、是有限成分范圍，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。 輕質(zhì)高強(qiáng)鋁基合金由于其卓越的綜合性能廣泛應(yīng)用于航天航空等工業(yè)領(lǐng)域。Be，Cu，F(xiàn)e，Mg，Mn，Si，Ni，Ti等都是鋁基合金中重要的合金元素，能不同程度地改善鋁合金性質(zhì)。為了進(jìn)一步提高鋁基合金的性能，本論文首先介紹了合金相圖及相平衡計算的理論模型，然后對精選的幾個鋁合金數(shù)據(jù)庫中重要的三元系，從實驗和熱力學(xué)計算兩方面全面地研究了整個成分和溫度范圍的相圖拓?fù)潢P(guān)系： (1)實驗確立了新的Al

3、-Be，Be-Si二元相圖，結(jié)合CALPHAD技術(shù)，優(yōu)化了Al-Be，Be-Si二元系，利用邊界二元系的參數(shù)外推計算了Al-Be-Si三元系的相圖和熱力學(xué)性質(zhì)，通過比較發(fā)現(xiàn)，外推計算結(jié)果與實驗測量數(shù)值完全吻合。這是自1906年有關(guān)于這一體系相圖研究的報道以來，對這一三元系最為完整的實驗研究和最準(zhǔn)確的計算描述。 (2)實驗測定了Fe-Mn-Si三元系整個成分范圍的相關(guān)系，并通過熱力學(xué)優(yōu)化，獲得一套自洽的熱力學(xué)參數(shù)。這套參數(shù)不僅可以

4、描述Fe-Mn-Si三元系的穩(wěn)定相圖，同時可以模擬亞穩(wěn)hcp相馬氏體轉(zhuǎn)變的規(guī)律。這對材料設(shè)計和生產(chǎn)工藝的制定極具意義。 (3)通過多種實驗方法的結(jié)合使用，澄清了文獻(xiàn)中有關(guān)Al-Ni-Ti三元系900℃以下相關(guān)系的爭論與分歧，首次測定了1000℃等溫截面，發(fā)現(xiàn)了一個新的三元化合物，填補(bǔ)了900℃至液相區(qū)間的相平衡實驗空缺，獲得了整個Al-Ni-Ti三元系的平衡相關(guān)系，進(jìn)而確立了液相面和希爾反應(yīng)圖。 (4)Al基合金數(shù)據(jù)庫中

5、的含Mg體系由于實驗數(shù)據(jù)的匱乏，一直未有計算相圖方面的研究。本工作采用CALPHAD技術(shù)，對其中5個重要三元系(Mg-Mn-Si，Mg-Mn-Ni，Mg-Ni-Zn，Mg-Si-Zn，Mg-Ni-Si)，進(jìn)行了探索性的熱力學(xué)計算，計算結(jié)果證實了有限的三元實驗，同時可用于指導(dǎo)進(jìn)一步的實驗研究工作。 所有的工作體系都全面評估了來自不同作者和運(yùn)用不同的實驗方法所獲得的相圖及熱力學(xué)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)并分析其中存在的矛盾和不一致，采用國際通用的純