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材料热力学计算及其在合金制备中的应用

耿太  
【摘要】:计算材料科学的发展推动了材料设计进程,作为计算材料热力学发展方向之一的相图计算CALPHAD(CALcaluation of Phase Diagram)技术,能够预测生成相、相变特征温度以及相含量随温度变化等过程,为材料制备过程提供了有关生成相的组成及相含量方面的重要信息。使整个热力学模拟与优化的过程和现代实验技术紧密结合,把材料的成分、组织及制备过程紧密的联系起来。从而为材料设计在不同层次---材料的成分设计、显微结构、性能和制备工艺之间搭桥,达到从材料微观结构到宏观性能的预测和设计。 本论文首先介绍了合金相图及相平衡计算的理论模型。之后计算了Fe-Al、Fe-B合金平衡态相图,并与标准二元相图进行了比较和分析。通过热力学计算和分析指出了材料热力学对合金成分设计及制备的指导意义。 在热力学计算中,给出了不同含B量的合金在平衡态的生成相及其含量随温度的变化,并结合相活度随温度的变化分析了定比成分合金的相生成和转变过程。根据计算结果,利用线性拟合给出了室温下随B含量增加Fe_2B和FeB相含量的变化方程。 结合材料热力学,对耐液锌腐蚀合金的设计与制备进行了一定程度的研究。根据一系列热力学计算结果,对具有良好耐液锌腐蚀性和机械性能的Fe-B合金进行了优化设计和制备。分别研究了Fe-B合金中各种相以及不同相组成和相含量的合金的耐液锌腐蚀性和机械性能。系统研究表明,在6.0-7.0wt%B范围内的Fe-B合金的综合性能最好。分析了Fe-B-Si三元合金中低B低Si合金的耐腐蚀性能。当Si含量一定时,随着B含量的增加,合金耐腐蚀性能提高,抗弯强度降低。当B含量一定时,随着Si含量的增加,合金组织的共晶点向右移动,合金耐腐蚀性能提高,抗弯强度下降。综合比较来说,Fe-2.5B-4Si的综合性能最佳。


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