Al-Cr-Nb-Ti四元系的相关系研究

发布时间：2017-05-13 17:20

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【摘要】：TiAl基合金因其熔点高、密度低、比强度和弹性模量高、结构稳定性好、高温抗氧化性和耐腐蚀性良好、阻燃性好而引起了国内外学者的关注。诠释合金性能和成分、结构的关系，研究其合金化机制，是TiAl基合金研制过程中亟待解决的科学问题。 相图是合金化的基础，创建于20世纪70年代的CALPHAD方法，已经成为多元体系相平衡研究和材料设计的有效途径。作为国家自然科学基金项目“新型TiAl基合金的相关系和合金化机制研究”（No.51071142）的一部分，本论文在CALPHAD方法框架下，将关键实验、量子力学第一性原理计算和热力学评估相结合，建立了全成分范围内Al-Cr-Nb-Ti四元系的热力学数据库。论文的主要研究内容包括： （1）在系统查阅Al-Cr-Nb-Ti四元系相关的相图、热力学实验信息和热力学优化评估结果的基础上，确定了该四元体系中各个相的热力学模型，构筑了包括Al-Cr，Al-Nb，Al-Ti，Cr-Nb，Cr-Ti，Nb-Ti六个二元系以及Al-Nb-Ti三元系的Al-Cr-Nb-Ti体系初级热力学数据库。 （2）针对Cr-Nb-Ti三元系实测相图存在的矛盾，设计相平衡实验的试样成分，借助X射线衍射和电子探针微区成分分析，测定了Cr-Nb-Ti三元系1200℃时关键试样的相组成、相成分以及显微形貌。 （3）采用置换溶体模型描述液相、bcc相和hcp相，采用双亚点阵模型(Cr,Nb,Ti)2(Cr,Nb,Ti)描述述Laves_C14、C15和C36相。利用第一性原理计算得到Laves_C14、C15和C36相中端基Nb_2Ti和Ti_2Nb的生成能。在此基础上，优化得到Cr-Nb-Ti三元系的热力学模型参数。计算得到的三元相图和实验数据吻合较好。 （4）针对文献中报道的Al-Cr-Nb三元系和Al-Cr-Ti三元系热力学评估中所采用的子二元系热力学描述不一致问题，对这两个三元系重新进行了评估，得到了全成分范围内Al-Cr-Nb-Ti四元系的热力学数据库。
【关键词】：CALPHAD方法 Al-Cr-Nb-Ti四元系 相图 TiAl基合金
【学位授予单位】：中国地质大学（北京）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG146.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10
• 1.2 TiAl 基合金基本特性和研究现状10-13
• 1.2.1 TiAl 基合金基本特性10-11
• 1.2.2 TiAl 基合金国内外研究现状11-12
• 1.2.3 合金化12-13
• 1.3 相图及其研究方法13-16
• 1.3.1 相图及其在材料科学中的应用13-14
• 1.3.2 相图的实验测定14-15
• 1.3.3 相图计算方法15-16
• 1.4 选题依据及研究意义16-18
• 第二章 Al-Cr-Nb-Ti 四元系初级热力学数据库的建立18-35
• 2.1 热力学模型18-22
• 2.1.1 纯物质的热力学描述19
• 2.1.2 亚正规溶体模型19
• 2.1.3 亚点阵模型19-21
• 2.1.4 磁性的贡献21-22
• 2.1.5 外推模型22
• 2.2 二元系热力学描述22-31
• 2.2.1 Al-Cr 二元系22-24
• 2.2.2 Al-Nb 二元系24-25
• 2.2.3 Al-Ti 二元系25-27
• 2.2.4 Cr-Nb 二元系27-29
• 2.2.5 Cr-Ti 二元系29-30
• 2.2.6 Nb-Ti 二元系30-31
• 2.3 Al-Nb-Ti 三元系热力学描述31-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 Cr-Nb-Ti 三元系相关系的实验测定35-43
• 3.1 实验原料35
• 3.2 研究方法和流程35
• 3.3 实验表征方法35-36
• 3.4 分析与讨论36-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 Cr-Nb-Ti 三元系的热力学评估43-53
• 4.1 文献综述43-44
• 4.2 热力学模型44-45
• 4.2.1 液相、bcc 和 hcp 相44
• 4.2.2 Laves_C14、Laves_C15 和 Laves_C36 相44-45
• 4.3 第一性原理计算端基的生成能45-48
• 4.4 结果与讨论48-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 Al-Cr-Nb 和 Al-Cr-Ti 三元系的热力学评估53-62
• 5.1 Al-Cr-Nb 三元系53-56
• 5.2 Al-Cr-Ti 三元系56-61
• 5.3 本章小结61-62
• 主要结论和建议62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 戴占海;卢锦堂;孔纲;;相图计算的研究进展[J];材料导报;2006年04期

2 孔凡涛,陈玉勇,田竞,陈予勇;TiAl基金属间化合物研究进展[J];材料科学与工艺;2003年04期

3 彭超群,黄伯云,贺跃辉;TiAl合金设计与成形方法[J];粉末冶金技术;2001年05期

4 郝士明;局域平衡原理与相图的扩散偶法测定[J];材料与冶金学报;2003年03期

5 丁进军,赵刚,郝士明;Ti-Al-Cr三元系α_2(α)/γ相平衡的研究[J];金属学报;1998年02期

6 郝士明，曾宁华;Ti－Al－Cr三元系相图1000℃等温截面的研究[J];金属学报;1995年16期

7 林均品;陈国良;;TiAl基金属间化合物的发展[J];中国材料进展;2009年01期

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本文编号：363163