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al-zr-（Li,V）三元系的热力学计算

Al-Zr-（Li,V）三元系的热力学计算

引用

作者：崔东宇湘潭大学

学位级别：硕士

铝是地壳中储量最丰富金属元素,广泛用于航空航天等领域。将锆元素加入铝合金中可以阻碍它的再结晶过程,从而提高铝合金机械性能性能。将锂元素加到铝锆合金中可以提高其比强度、比刚度;将钒元素加入到铝锆合金中则可以减少不连续沉淀... 详细信息

铝是地壳中储量最丰富金属元素,广泛用于航空航天等领域。将锆元素加入铝合金中可以阻碍它的再结晶过程,从而提高铝合金机械性能性能。将锂元素加到铝锆合金中可以提高其比强度、比刚度;将钒元素加入到铝锆合金中则可以减少不连续沉淀。随着计算机的发展,其强大的计算能力可以进行材料性能的预测并运用到材料设计当中,而进行这一过程必须有完善的数据库支持。所以,有必要建立al-zr-（Li,V）热力学数据库,为相关铝合金设计提供指导。本文以文献中的最新相图数据和热力学数据为基础,使用CalPHAD方法和Thermo-Calc计算软件,优化了 al-zr和al-Li两个二元系。在此基础上,结合其他研究者优化的Li-zr、al-V和V-zr二元系的热力学参数,以及al-zr-Li和al-zr-V三元系的实验相关系,优化计算了这两个三元系。其中,溶体相（包括液相、bcc相、fcc相和hcp相）的过剩吉布斯自由能采用替换溶液模型,用Redlich-Kister 多项式描述;对于线性化合物,例如 al4zr5、al2Li3、al4Li9、al21V2、A145V7、al23V4、和alLi2zr相,采用化学计量比模型描述其吉布斯自由能;对于非线性化合物,例如 al3zr、al2zr、al3zr2、alzr、al3zr4、al2zr3、alzr2、alzr3、alLi2、al8V5、al3V、V2zr、alLix+yzr5-x,采用不同的亚点阵模型描述其吉布斯自由能;三元化合物T虽为非线性化合物,但其原子占位情况不明确,故采用化学计量比模型描述其吉布斯自由能。根据最近的实验结果,本工作重新优化计算了 al-zr二元系并调整了文献中现有al-Li二元系的热力学参数,得到了新的al-zr和al-Li二元系的热力学参数。通过上述参数计算的al-zr、al-Li相图结果与文献中的实验结果吻合较好。此外,计算的al-zr二元系化合物形成焓、al-zr二元系液相混合焓以及al-Li二元系化合物形成焓均符合文献中报道的结果。本工作计算的al-zr-Li三元系470K等温截面和al-zr-V三元系1073K等温截面与相应的实验结果均符合得较好。在al-zr-Li三元系的优化中,由于采用的al-Li边际二元系中含有alLi2相,所以计算结果中出现了 2个新的三相区,即 al4Li9+alLi2+al2zr 和 al2Li3+alLi2+al2zr,以及 1 个新的两相区 alLi2+al2zr。此外,本文预测了 al-zr-Li和al-zr-V三元系的液相面投影图。最后,本文整合al-zr-Li、al-zr-V三元系的热力学参数,建立了 al-zr-（Li,V）三元体系合理、自洽的热力学数据库,该结果可为al-zr-（Li,V）等相关合金的设计提供理论指导。

关键词： al-zr al-Li al-zr-(Li,V) 相图相图计算

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al-zr-（Yb）-（Cr）合金中的弥散相热稳定性及抑制再结晶行为研究

Al-Zr-（Yb）-（Cr）合金中的弥散相热稳定性及抑制再结晶行为研究

引用

作者：段志英中南大学

学位级别：硕士

发展热稳定的铝化物共格弥散相是提高铝合金抗高温蠕变性能的关键。针对现有alzr弥散相热稳定性不足的问题,本文以al-zr合金为研究对象,复合添加Yb和Cr,采用熔炼铸造法制备了al-0.16zr(wt.%,下同)、al-0.16zr-0.30Yb和al-0.16zr-0.30Yb-... 详细信息

发展热稳定的铝化物共格弥散相是提高铝合金抗高温蠕变性能的关键。针对现有alzr弥散相热稳定性不足的问题,本文以al-zr合金为研究对象,复合添加Yb和Cr,采用熔炼铸造法制备了al-0.16zr(wt.%,下同)、al-0.16zr-0.30Yb和al-0.16zr-0.30Yb-0.18Cr合金。通过金相显微镜和透射电镜并结合硬度、电导率测试,研究合金在不同退火态的组织和性能,分析弥散相的种类、结构和成分,揭示弥散相随退火温度的演变规律,比较弥散相对铝合金再结晶的抑制效果。得出以下结论:(1)变形al-0.16zr合金退火后析出了少量与基体共格、L1结构的alzr弥散相。退火温度为425℃时,合金中可以观察到粒子由共格向半共格演变,粒子失去部分共格性。(2)变形al-0.16zr-0.30Yb合金425℃退火后析出了两种与基体共格、L1结构的al(Yb,zr)弥散相。根据成分分为Yb为内核、zr为外壳的alzr(Yb)弥散相和zr为内核、Yb为外壳的alYb(zr)弥散相。alzr(Yb)更细小(20～40 nm),数量较多;alYb(zr)尺寸粗大(60～100 nm),数量较少。变形al-0.16zr-0.30Yb合金550℃退火后只析出alzr(Yb)弥散相,在该温度下可以观察到粒子由共格向半共格演变,粒子失去部分共格性。与alzr相比,al(Yb,zr)初始平均粒径小、粗化速率小,具有更加优异的热稳定性。铸态al-0.16zr-0.30Yb合金400℃退火80 h后的硬度峰值(32 HV),高于铸态al-0.16zr合金退火后的硬度峰值。al(Yb,zr)抑制再结晶效果优于alzr,因此添加微量Yb可使al-0.16zr合金的再结晶初始温度提高到425℃。(3)变形al-0.16zr-0.30Yb-0.18Cr合金退火后析出了大量与基体共格、L1结构的含Cr的al(Yb,zr)弥散相。该弥散相具有Yb为核心,zr为外壳的核壳结构,Cr均匀分布于整个弥散相中。退火温度由200℃升高到625℃,弥散相的平均粒径增幅仅为7.9 nm。在625℃时,合金中可以观察到半共格粒子。铸态al-0.16zr-0.30Yb-0.18Cr合金在退火过程中具有更加优异的析出硬化效果,400℃退火80 h后达到硬度峰值(35.6 HV),这归因于含Cr的al(Yb,zr)弥散相具有较小的初始粒径、缓慢的粗化速率以及良好的热稳定性。此外,该弥散相还能有效阻碍位错运动和大角度晶界迁移,因此al-0.16zr-0.30Yb-0.18Cr合金具有更加优异的抑制再结晶效果,再结晶初始温度提高到475℃。(4)随退火温度的升高,铸态al-0.16zr合金在退火过程中的硬度变化趋势较小,电导率呈现先升高后降低的趋势;铸态al-0.16zr-0.30Yb和al-0.16zr-0.30Yb-0.18Cr合金在退火过程中的硬度和电导率均呈现先升高后降低的趋势。当退火温度由400℃升高到500℃,铸态al-0.16zr-0.30Yb和al-0.16zr-0.30Yb-0.18Cr合金退火后的硬度和电导率降低,达到硬度和电导率峰值时间均由80 h缩短至5 h。图49幅,表5个,参考文献89篇

关键词： al-zr Yb Cr 弥散相粗化行为再结晶

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