Al-Cr-Si、Al-Cr-Ti、Al-Cu-Fe、Al-Cu-Ni和Nb-Ni體系的晶體結(jié)構(gòu)與相圖測定及熱力學(xué)模擬.pdf

1、CALPHAD(CALculation of PHAse Diagram)技術(shù)是目前非常成熟且用途極為廣泛的相圖評估和計算方法，它不僅是材料動力學(xué)、顯微組織演變計算模擬的熱力學(xué)平臺，而且能夠廣泛地應(yīng)用于新材料的設(shè)計與研制。Cu、Fe、Nb、Ni、Si、Cr、Ti等是Al基合金中的主要合金元素或添加元素。為了設(shè)計鋁基合金成分、優(yōu)化制備工藝，并有效地提高合金性能，有必要獲得準(zhǔn)確的多組元鋁合金相圖與熱力學(xué)信息。作為“多組元Al合金體系的相圖測

2、定、熱力學(xué)計算及顯微組織演變的模擬”研究項目的一部分，本文對Al-Cr-Ti、Al-Cr-Si、Al-Cu-Fe、Al-Cu-Ni、Nb-Ni合金體系的晶體結(jié)構(gòu)、相變與相圖進(jìn)行了系統(tǒng)研究： (1)本工作測定了Al-Cr二元系“γ”區(qū)域的晶體結(jié)構(gòu)、相關(guān)系與相變；測定了富Al端的相平衡與轉(zhuǎn)變溫度，并否定了該區(qū)域內(nèi)存在新相“v”的報道；測定了62～86 at.％Al范圍內(nèi)的液相線。綜合上述實驗結(jié)果，修訂了Al-Cr二元相圖。采用XRD

3、、SEM/EDX等實驗手段，測定了Al-Cr-Ti體系中固溶體相(Cr)和β(Ti)，二元化合物β-TiCr2，TiA13，和TiAl，以及三元相B2和τ的固溶度與相關(guān)系，從而構(gòu)筑了該體系的900℃等溫截面。利用平衡態(tài)合金的DTA分析，綜合鑄態(tài)合金的凝固組織分析，研究了合金的相變過程與凝固過程，確定了Al-Cr-Ti體系的三元零變量反應(yīng)，并構(gòu)筑了該體系的液相面投影圖與希爾反應(yīng)圖。 (2)通過Cr-Si二元合金的凝固組織分析，發(fā)現(xiàn)

4、了Cr5Si3是由Cr3Si通過包晶反應(yīng)生成的，在此基礎(chǔ)上更新了Cr-Si二元相圖及其熱力學(xué)優(yōu)化。實驗測定了Al-Cr-Si三元體系平衡相的晶體學(xué)數(shù)據(jù)；新發(fā)現(xiàn)了τ2、τ3與τ4三個三元化合物，并初步確定了τ2與τ4的晶體結(jié)構(gòu)；利用Rietveld全譜擬合，準(zhǔn)確地精修了τ3的晶體結(jié)構(gòu)。研究了Al-Cr-Si合金在800℃下的相平衡關(guān)系，并構(gòu)筑了完整的等溫截面。利用DTA測定了三元合金的相變溫度，結(jié)合合金的凝固組織分析，構(gòu)筑了Al-Cr-S

5、i體系的液相面投影圖與希爾反應(yīng)圖。 (3)實驗測定了Al-Cu-Fe三元體系的600℃等溫截面與富Al角的相變溫度。根據(jù)最新報道的相圖數(shù)據(jù)，修訂了Al-Fe二元體系的熱力學(xué)描述。優(yōu)化和計算了Al-Cu-Fe三元體系整個溫度與成分范圍內(nèi)的相平衡，獲得了一套描述各相自由能的熱力學(xué)模型與參數(shù)，計算所得的等溫截面與實驗數(shù)據(jù)基本一致。利用同一個方程模擬了該體系中的Bee_B2有序相與Bcc_A2(aFe，ε1和Cu3Al)無序相；準(zhǔn)確地描

6、述了A2與B2之間復(fù)雜的有序-無序轉(zhuǎn)變與二級轉(zhuǎn)變，以及Bcc的溶解度間隙。 (4) 實驗測定了Al-Cu-Ni三元體系富Al角的相平衡，在實驗研究的基礎(chǔ)上，重新評估了該體系的相圖數(shù)據(jù)、晶體學(xué)數(shù)據(jù)與熱力學(xué)數(shù)據(jù)。通過熱力學(xué)優(yōu)化，模擬了Al-Cu_Ni體系中的Fcc_A1-Ll2和Bcc_A2-B2兩個三元有序無序轉(zhuǎn)變，獲得了一套描述各相自由能的熱力學(xué)參數(shù)。獲得了Al-Cu-Ni體系1300～500℃等溫截面、零變量反應(yīng)、以及液相混合