Al-Zr,Al-Y和Zr-Y二元合金熔体热力学性质的计算

基于Miedema模型,利用热力学基本原理及元素的基本性质,计算Al-Zr,Al-Y和Zr-Y二元系统的混合焓、过剩熵、过剩吉布斯自由能以及各组元的活度.基于Al-Zr和Al-Y二元合金相图的数据,计算Al3Zr和Al3Y相析出反应的吉布斯自由能.研究结果表明:Al-Zr和Al-Y二元合金熔体的混合焓、过剩熵和过剩吉布斯自由能都小于0J,各组元的活度相对于理想溶液发生了较大的负偏差,而Zr-Y二元合金熔体的混合焓、过剩熵和过剩吉布斯自由能大于0J,各组元的活度相对于理想溶液发生了较大的正偏差,说明Al与Zr和Y原子有较强的相互作用,而Zr和Y原子相互作用不大.2种相析出反应的吉布斯自由能都小于0J,且Al3Y相的吉布斯自由能更小,表明过渡族元素Zr和稀土元素Y同时加入到纯Al时,更容易生成Al3Y;计算结果和实验结果相吻合,证明Miedema模型的合理性.     

ZrO2-YO1.5-CeO2体系的相图估算

利用置换溶液模型优化计算了 YO1 .5 - Ce O2 二元系的相图 ,并得到了估算的热力学参数 .结合以前优化的Zr O2 - Ce O2 和 Zr O2 - YO1 .5 二元系 ,并根据 Bonnier方法进行外推 ,估算了 Zr O2 - YO1 .5 - Ce O2 三元系在 1973K和 1873K下的等温截面相图 ,其结果与试验结果较吻合 .     

Ti_(30)Nb_5Ta_6Zr合金的组织和力学性能研究

根据β稳定化系数kβ和d-电子理论,采用无细胞毒性合金元素Nb、Ta、Zr,设计了具有低弹性模量的新型牙科种植用近β型Ti30Nb5Ta6Zr合金,研究了合金经不同温度固溶和时效处理后的显微组织和力学性能.结果表明,合金固溶后在低温时效时析出ω相导致合金脆性.随时效温度升高,析出相由ω逐步变为α并发生粗化,使合金强度降低,但塑性得到改善.固溶温度过低（700℃）,时效后强度较低 固溶温度过高（850℃）,导致合金出现β脆性.合金在750℃固溶和500℃时效12h后强韧性好,弹性模量低于现有Ti29Nb13Ta4.6Zr合金,综合力学性能可满足牙科种植合金的要求.     

Be—Cr二元体系热力学优化

在评估现有文献实验相图数据的基础上,采用Calphad技术优化和计算了Be--Cr二元合金体系平衡相图.液相和端际固溶体相采用替换式溶体溶液模型,化学计量比中间化合物CrBe2和CrBe12采用Neumann--Kopp规则描述它们的热力学函数.利用优化所得的热力学参数计算相图,结果能很好地解释大部分实验数据.本工作还采用Miedema模型估算了中间化合物CrBe2和CrBe12的摩尔生成焓,并与热力学计算值比较,所得结果符合良好.     

Fe-Zr-B相图热力学计算及非晶合金的制备

用相图热力学计算技术对Fe-Zr-B三元系进行相图热力学计算,获得Fe-Zr-B共晶点成分,并利用机械合金化法制备Fe60Zr40-xBx(x=10,20,30)非晶合金粉末.在理论共晶点附近的Fe60Zr20B20和Fe60Zr10B30体系的非晶形成能力要高于较远的Fe60Zr30B10体系,说明组成愈接近理论共晶点,其非晶形成能力愈强,证明共晶点预测非晶形成范围是可行的.     

蠕变时效对Mg-8.8Gd-3.4Y-1.5Nd-0.5Zr合金力学性能和微观组织的影响

采用蠕变时效实验、维氏硬度、透射电子显微镜(TEM)和拉伸性能测试等手段研究蠕变时效在相同时间下对Mg-8.8Gd-3.4Y-1.5Nd-0.5Zr合金力学性能和显微组织影响。研究结果表明:Mg-8.8Gd-3.4Y-1.5Nd-0.5Zr合金蠕变时效时的稳态蠕变速率随着蠕变应力的增加与温度的升高而增大;蠕变时效能够细化析出相尺寸,加快合金时效析出相析出速率,从而缩短到达峰值时效的时间;外加应力会使合金β′相产生应力位向效应,导致合金形成β′相与β′e交错排列的链状析出相,应力位向效应对合金的力学性能产生不利影响。     

Fe_(45)Mn_(15)Cr_(15)Ni_(25)高熵合金室温及低温力学性能强化方式

通过热力学参数和相图计算、冷轧和退火工艺,开发制备了非等原子比Fe_(45)Mn_(15)Cr_(15)Ni_(25)高熵合金,并分析了合金在室温(293 K)和低温(77 K)条件下的力学性能。结果表明,单相面心立方结构(FCC)高熵合金具有优良的室温和低温力学性能,特别是在77 K下,冷轧态合金达到屈服强度1 020 MPa、抗拉强度1 180 MPa、断后伸长率20%的优异性能。室温再结晶合金,晶格本征应力86 MPa,霍尔佩奇(Hall-Petch)系数为534 MPa·μm~(1/2),细晶强化明显。低温冷轧态合金,应变硬化能力恢复,位错强化显著,同时强塑性提升。     

EuI_2-KI二元系相图的研究

用差热分析(DTA) 和X 射线衍射(XRD) 的方法则定了EuI2 - KI二元体系在3 ×10 -4Pa 压强下的低压相图,并应用CALPHAD(CALculation of PHAse Diagram ,相图计算) 技术对这一实验相图进行热力学优化计算,获得一组描述该体系液相的热力学数据,并根据这些数据计算了热力学自洽的相图。     

采用计算相图构建的Ge-Pd体系热力学模型

针对Ge-Pd体系实验测定的相图难以外推到多元体系的问题,提出采用计算相图(Calphad)技术构建Ge-Pd体系的热力学模型。Ge-Pd体系中不同类别的相采用不同的热力学模型描述,其中纯组元Ge对Pd几乎不存在固溶度,可直接采用欧洲热力学研究组发布的热力学模型;液相和端际固溶体(Pd)采用溶体模型描述;化学计量比化合物GePd、GePd_2和Ge_8Pd_(21)采用线性化合物模型描述;非化学计量比化合物Ge_9Pd_(25)、GePd_3、α-GePd_5和β-GePd_5采用亚点阵模型描述其成分区间。对于各相的热力学模型参数,利用已有的液相混合焓、液相混合熵、不变反应的温度和成分等实验数据进行优化,获得了Ge-Pd体系中一套自洽的热力学模型。采用该热力学模型的计算结果与大部分实验数据相吻合,可外推至多元体系,从而可为Ge基多元体系的热力学数据库构建、材料成分设计和制备工艺优化提供依据。     

Nb对转K2弹簧钢中MX析出相的影响

采用Thermo-Calc热力学软件,对转K2弹簧钢在400～1600℃存在的平衡析出相及Nb、V在奥氏体相中的固溶规律进行了计算,探讨了各合金元素含量对析出相析出规律的影响,并利用碳萃取复型与透射电镜(TEM)分析了Nb含量对析出相的影响.结果表明:转K2弹簧钢中平衡析出相主要为MX、M7C3、M3C2和AlN;Nb能显著提高MX相的稳定性.TEM分析表明,析出相尺寸变化范围为几纳米到100纳米以上,形态多呈近似球形或圆片状;随Nb含量增加,从低温铁素体中析出的细小颗粒所占比例显著增大,未溶解碳氮化物比例也有所增大,总体而言析出相平均颗粒尺寸得到细化;大颗粒析出相为富Nb的碳化物,而小颗粒为富V的碳化物,这与热力学计算结果相一致.     

EuI2-KI二元系相图的研究

用差热分析(DTA)和X射线衍射(XRD)的方法则定了EuI2-KI二元体系在3×10-4pa压强下的低压相图,并应用CALPHAD(CALculation of PHAse Diagram,相图计算)技术对这一实验相图进行热力学优化计算,获得一组描述该体系液相的热力学数据,并根据这些数据计算了热力学自洽的相图.
     

基于 Ti-Nb-Zr 三元系合金的相图优化

利用Pandat软件优化和计算了Ti-Nb-Zr三元系相图。采用SGTE(scientific group thermodata Europe)数据库中的表达式描述纯组元的吉布斯能，选取置换溶体模型和双亚点阵模型来描述液相和固溶体相。利用Pandat软件的PanOptimizer模块并结合文献中相平衡和热力学性质的实验数据，重新评估了Ti-Nb和Ti-Zr二元系的热力学参数以改善Ti-Nb-Zr三元系的热力学描述。利用优化得到的热力学参数进行相平衡和热力学性质的计算，计算结果与文献实验结果吻合较好，该结果对Ti-Nb-Zr三元系生物医学材料的开发有重要的指导意义。     

先进高强韧Al-Zn-Mg-Cu合金凝固和均匀化组织及相构成

采用热力学计算与实验相结合的方法,研究了两种高强韧Al-Zn-Mg-Cu合金铸态及均匀化态的显微组织和相构成.铸态A合金主要由Mg(Zn,Al,Cu)2相和少量Al2Cu相组成,而铸态B合金仅含Mg(Zn,Al,Cu)2相.热力学计算显示,A和B两种合金的实际凝固过程介于Lever Rule和Scheil Model两种模拟结果之间,由于合金成分不同而导致的铸态A和B合金中各相含量差异与Scheil Model模拟所得到的各相摩尔分数变化规律基本一致.经常规工业均匀化处理(460℃保温24 h),铸态A和B合金中存在的Mg(Zn,Al,Cu)2或Al2Cu相均能充分回溶,并得到单相α(Al)基体,这与热力学计算所得到的AlZn-Mg-Cu四元系统在7.5%Zn条件下460℃等温相图相符合.     

难熔元素合金化NiAl合金的第一性原理计算

基于密度泛函理论,研究了合金元素Zr、Hf、Nb、Ta对NiAl合金的电子结构、力学性能和热学性能的影响,分析了合金相的晶胞参数、态密度、韧脆性以及焓、自由能、熵、德拜温度和热容。研究表明:Zr、Hf、Nb和Ta在晶胞结构中都倾向于取代Al位点,合金化后晶胞的晶格参数和晶胞体积均增加到不同程度。态密度图显示0～20 eV能量范围内,态密度分布均较为平均,没有局域的态密度(density of states, DOS)尖峰,-10～0 eV能量区间内态密度均出现最强峰。由柯西压力值判断,Zr、Hf、Nb、Ta的加入均使柯西压力值增大,且合金相模量比(ratio of shear modulus to bulk modulus,G/B)的值均小于0.57,合金相表现出相对韧性。在0～1 700 K温度范围内,合金相的焓、熵均随温度的升高而增大,当温度高于400 K时,合金相的德拜温度均趋于420 K;随着温度的升高,合金相的热容值均趋近于杜隆-珀蒂极限值,表明合金化后结构体现出良好的热力学性能。     

Fe-Cu,Co-Cu溶解度间隙的集团变分法分析

由二元溶体的热力学性质推导出原子间结合能参数与成分、温度的函数关系。并应用这一关系,按集团变分法理论计算了 Fe-Cu,Co-Cu 二元合金溶解度间隙曲线,得到了与实测相图基本一致的结果。     

Nb-Ti-Ni体系合金的结构及其氢渗透性能

以Ni30Ti31Nb39为成分基点,通过合金成分的规律性调整(5%,原子数分数),研究系列Nb-Ti-Ni体系合金的相结构与氢渗透性能。研究结果表明:制备的Nb-Ti-Ni合金有两相和三相共2种相结构;两相合金由bcc-Nb(Ni,Ti)固溶体和(bcc-Nb(Ni,Ti)+β2-NiTi)共晶相构成;三相合金除上述两相外,还有少量NiTi2相;两相结构合金的氢渗透性能优于三相结构合金性能,合金中Nb含量越多,bcc-Nb(Ni,Ti)固溶体相含量越大,合金的氢扩散系数(D)增大;Ni和Ti含量增大,则降低了固溶体相的比例,不利于合金氢扩散性能提高;Nb-Ti-Ni体系合金的氢扩散系数为10-9数量级,Nb49Ni25Ti26合金的氢扩散系数最大(5.260 5×10-9 m2/s)。     

一种TRIP/TWIP型双相不锈钢的相图及其亚稳奥氏体组织稳定性计算

利用热力学软件Thermo-calc计算了一种具有相变诱导塑性(TRIP)和/或孪晶诱导塑性(TWIP)功能的双相不锈钢的相图及其中亚稳奥氏体(相)组织的稳定性,得到了其M-N的伪二元平衡相图、平衡条件下的相比例变化、两相中合金元素的配分规律以及层错能SFE与马氏体转变温度M_(d30)的变化规律。计算结果表明,试验钢中相组成、相比例等均对温度敏感,特别是在不同加热温度下(800~1 200℃),由于两相中合金元素含量变化,使得亚稳奥氏体相稳定性(SFE和M_(d30))发生改变,进而将导致试验钢的变形机制变化。     

Al-V系二元相图的计算、评估及其活度

利用最新版本的Pandat热力学计算软件,采用最新的Ti合金数据库和合理的热力学模型,计算出了Al-V系二元相图.研究发现：从相率和相图的特殊点对其进行了详细的热力学评估,最大误差为1.14%,说明计算相图与试验相图吻合较好;在Al-V二元相图的基础上,提取了Al和V在不同物质的成分和温度下的活度;拟合了恒温下其活度的计算公式,其线性相关度R趋近于1;作出了V的活度-成分-温度关系曲线,有效地解决了"试验测活度难"的问题.     

Fe-Cr-Ni-C四元系奥氏体与碳化物之间的相平衡计算

将Bjorn Uhrenius描述Fe-C基三元合金体系热力学性质的亚点阵模型扩展后应用于Fe-C基四元合金体系,给出了自由能函数关系表达式,并且在Biorn Uhrc-nius对Fe-Cr-C系热力学平衡计算的基础上,再结合Nishizawa对于Cr-Ni二元系给出的交互作用参数,对Fe-Cr-Ni-C系中固溶体和碳化物的两相平衡进行了计算求解。     

基于Thermo--Calc的中锰中铝Fe--Mn--Al--C低密度钢类Schaeffler相图绘制与评估

含铝低密度钢由于其较好的综合力学性能和低密度特征引起结构钢领域研究人员的广泛关注。本文利用Thermo-Calc热力学计算软件结合TCFE 7数据库，计算中锰中铝含量Fe-Mn-Al-C钢在不同温度的热力学平衡状态，总结其两相区相比例的变化规律，通过平移和修正等处理方法，绘制针对中锰中铝钢合金成分和相设计的类Schaeffler相图。结合马氏体转变温度的计算讨论对应不同合金成分条件下相种类存在可能，并通过已有材料的相比例和相形貌实验结果分析绘制的类Schaeffler相图的准确性和适用性。绘制的Fe-Mn-Al-C类Schaeffler相图可以直观地提供不同合金成分所对应的相比例、相种类等信息，可用于新型含铝低密度钢的合金设计。