【摘要】：Ti及Ti合金具有良好的耐熱和耐腐蝕性、高比強(qiáng)度和生物相容性好等優(yōu)異的綜合性能,是航空航天、石油化工、生物醫(yī)用等領(lǐng)域的重要結(jié)構(gòu)材料。Ce、Er、Tm、Y、V、Nb、Si和Ta等元素是Ti合金中常用的合金元素或添加元素。為了開(kāi)發(fā)高性能Ti合金并改進(jìn)其制備工藝,有必要獲得精準(zhǔn)的多組元Ti基合金體系的相圖熱力學(xué)信息。就目前而言,關(guān)于Ti-RE(RE=Ce,Er,Tm,Y)和Ti-V-M(M=Nb,Si,Ta)體系的相圖熱力學(xué)信息尚無(wú)研究報(bào)道。針對(duì)此現(xiàn)象,本論文采用相圖計(jì)算(CALPHAD:CALculation of PHAse Diagrams)方法,借助 Thermo-Calc 軟件,對(duì) Ti-RE(RE=Ce,Er,Tm,Y)4 個(gè)二元系和 Ti-V-M(M=Nb,Si,Ta)3 個(gè)三元系進(jìn)行了相圖熱力學(xué)研究,主要取得的成果如下:(1)基于文獻(xiàn)報(bào)道的Ti-RE(RE=Ce,Tm,Y)二元系的實(shí)驗(yàn)相平衡數(shù)據(jù),采用置換溶液模型對(duì)液相、bcc(βTi,δCe,βY)、hcp(αTi,Er,Tm,αY)和 fcc(γCe,γY)等固溶體相進(jìn)行建模。采用CALPHAD方法,對(duì)Ti-RE(RE=Ce,Er,Tm,Y)體系進(jìn)行了相圖熱力學(xué)計(jì)算,首次獲得了一套自洽的熱力學(xué)參數(shù)。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較,本工作獲得的熱力學(xué)參數(shù)可準(zhǔn)確描述實(shí)驗(yàn)相平衡數(shù)據(jù)。(2)基于文獻(xiàn)報(bào)道的邊際二元系(Ti-V,Ti-Nb,Ti-Ta,V-Nb和V-Ta)熱力學(xué)參數(shù)和三元系的實(shí)驗(yàn)相平衡數(shù)據(jù),采用CALPHAD方法,對(duì)Ti-V-Nb和Ti-V-Ta體系進(jìn)行了熱力學(xué)優(yōu)化。上述體系中無(wú)三元化合物穩(wěn)定存在。對(duì)于bcc(βTi,V,Nb,Ta)和hep(αTi)等固溶體相,采用置換溶液模型對(duì)其進(jìn)行熱力學(xué)建模,通過(guò)優(yōu)化獲得了一套描述Ti-V-Nb和Ti-V-Ta體系的熱力學(xué)參數(shù),并計(jì)算了一系列代表性的等溫截面、垂直截面、液相面和固相面投影圖。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,本工作獲得的熱力學(xué)參數(shù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合。(3)采用關(guān)鍵合金、第一性原理計(jì)算和CALPHAD方法,基于文獻(xiàn)報(bào)道的Ti-V-Si體系實(shí)驗(yàn)相平衡數(shù)據(jù),對(duì)該體系進(jìn)行了系統(tǒng)的相圖熱力學(xué)研究。配制關(guān)鍵合金,采用XRD和SEM/EDX等檢測(cè)方法,對(duì)Ti-V-Si體系800℃等溫截面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。借助第一性原理計(jì)算了端際化合物在0K時(shí)的形成焓,作為優(yōu)化計(jì)算計(jì)算的初始值。采用亞點(diǎn)陣模型對(duì)具有溶解度的二元化合物進(jìn)行了熱力學(xué)描述。基于三元化合物τ-(TixV1-x)Si的晶體結(jié)構(gòu)和溶解度,采用亞點(diǎn)陣模型(Ti%,V)1(Ti,V%)1Si2對(duì)其進(jìn)行熱力學(xué)建模,將其描述為線性化合物。采用CALPHAD方法對(duì)Ti-V-Si體系進(jìn)行了熱力學(xué)優(yōu)化,獲得了一套描述該體系的熱力學(xué)參數(shù)。計(jì)算的等溫截面與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合。此外,本工作還計(jì)算了液相面投影圖,并繪制了完整的希爾反應(yīng)圖。圖[22]表[10]參[143]。
【圖文】：

邐Ｍｏｌｅ邋ｆｒａｃｔｉｏｎ邋Ｔｉ邐Ｔｉ逡逑圖２－２本工作計(jì)算的Ｔｉ－Ｅｒ二元系相圖逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ邋ｐｈａｓｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｔｉ－Ｅｒ邋ｂｉｎａｒｙ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ａｃｃｏｒｄｉｎｇ邋ｔｏ邋ｔｈｅ邋ｐｒｅｓｅｎｔ邋ｗｏｒｋ逡逑－２１邋－逡逑

ｗｈｏｌｅ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；邋（ｂ）邋ｔｈｅ邋Ｔｉ－ｒｉｃｈ邋ｓｉｄｅ邋ａｌｏｎｇ邋ｗｉｔｈ邋ｔｈｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｄａｔａｓ１３４１；邋（ｃ）邋ｔｈｅ邋Ｙ－ｒｉｃｈ邋ｓｉｄｅ逡逑ａｌｏｎｇ邋ｗｉｔｈ邋ｔｈｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｄａｔａｓ［４１＞４３］逡逑圖２－４為計(jì)算的Ｔｉ－Ｙ體系的相圖，其中圖２－４邋（ａ）是本工作計(jì)算的整個(gè)成分逡逑的相圖，圖２－４邋（ｂ）是富Ｔｉ端與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)［３４］的比較，圖２－４邋（ｃ）是富Ｙ端與實(shí)逡逑驗(yàn)數(shù)據(jù)［４１，４３］的比較。通過(guò)圖２－４邋（ａ）和圖２－１邋（ａ），我們可以看出Ｔｉ－Ｙ和Ｔｉ－Ｃｅ逡逑二元系的相圖，符合Ｔｉ－ＲＥ邋（稀土）體系的普遍特征，不存在金屬間化合物，，各逡逑固溶體間存在一定的相互固溶度，在液相存在溶解度間隙。另外，Ｔｉ－Ｙ體系與Ｔｉ－Ｃｅ逡逑體系一樣，存在四個(gè)零變量反應(yīng)，即邋Ｌｉｑｕｉｄ＃ｌ邋＾邋Ｌｉｑｕｉｄ＃２邋＋邋（ｐＴｉ）、Ｌｉｑｕｉｄ＃ｌ邋＋邋（ｐＴｉ）逡逑＾邋（ａＴｉ）、Ｌｉｑｕｉｄ＃ｌ邋＾邋（５Ｃｅ）邋＋邋（ａＴｉ）和（ＳＣｅ）邋＾邋（ｙＣｅ）邋＋邋（ａＴｉ）。結(jié)合圖邋２－４邋與表邋２－２逡逑中的數(shù)據(jù)，本工作優(yōu)化的結(jié)果能夠很好的描述Ｔｉ－Ｙ體系的相平衡關(guān)系。此外，通逡逑－２３－逡逑
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

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1 郁炎;蔣鵬;李士凱;;國(guó)內(nèi)外低溫鈦合金的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀[J];材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用;2014年06期

本文編號(hào)：2681918