【摘要】：基于集成計(jì)算材料工程的思想,結(jié)合CALPHAD、相場(chǎng)動(dòng)力學(xué)模擬與關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)測(cè)量手段、以及鈦合金中最新發(fā)現(xiàn)的非傳統(tǒng)的固-固相變機(jī)制,和近來(lái)提出的偽調(diào)幅分解相變機(jī)制為鈦合金微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的方向。這一機(jī)制首先被Ni和Khachaturyan提出并用來(lái)解釋斜紋組織的形成,并被Fraser等人引入到鈦合金體系,Banerjee和Wang等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬證明了其正確性,這種新的轉(zhuǎn)變路徑為設(shè)計(jì)具有超細(xì)、超均勻α+β相微觀結(jié)構(gòu)新型鈦合金提出了新的設(shè)計(jì)思路,并且有可能產(chǎn)生新的機(jī)械性能。另外,為了擴(kuò)展制備超細(xì)、超均勻鈦合金微觀結(jié)構(gòu)所需的溫度及成分范圍,基于存在的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù),Fraser等人提出了一種通過(guò)預(yù)先預(yù)相分離來(lái)產(chǎn)生成分和結(jié)構(gòu)不均勻,進(jìn)而改進(jìn)鈦合金微觀結(jié)構(gòu)的新方法,作者團(tuán)隊(duì)基于熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)和相場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的計(jì)算機(jī)模擬證明了其存在。對(duì)集成計(jì)算材料工程方法在提高設(shè)計(jì)與選擇具有超細(xì)、超均勻微觀結(jié)構(gòu)的鈦合金的效率方面進(jìn)行了評(píng)論總結(jié),集成計(jì)算材料工程為鈦合金的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供了新的思路。
【圖文】：

熱頌岢雋松杓?超細(xì)鈦合金兩種新機(jī)理。偽調(diào)幅分解機(jī)理:成分起伏導(dǎo)致在α相穩(wěn)定化元素富集區(qū)(或β穩(wěn)定化元素貧化區(qū))的β相發(fā)生β迤→α等成分轉(zhuǎn)變。然后，在等溫回火過(guò)程中，母相β和產(chǎn)物相α的長(zhǎng)程擴(kuò)散分離導(dǎo)致各相成分向平衡成分靠近。預(yù)相分離機(jī)理:母相β預(yù)先分離成在空間均勻分布的納米尺度的β相穩(wěn)定元素富集區(qū)和β相穩(wěn)定元素貧化的區(qū)域(α相穩(wěn)定元素富集區(qū))，在后續(xù)相變中β相穩(wěn)定元素貧化的區(qū)域轉(zhuǎn)變成α相。偽調(diào)幅分解的機(jī)理包括成分(c)位于母相與生成相自由能成分曲線交點(diǎn)(c0(T)成分)附近的母相分解(如圖1a所示)。即很小的成分起伏驅(qū)動(dòng)母相沿著c0(T)的反方向移動(dòng)分解成細(xì)小均勻分布的β相穩(wěn)定元素貧化和富集區(qū)(類似調(diào)幅分解的成分起伏漲落)。其中β相穩(wěn)定元素貧化的區(qū)域(clean)等成分轉(zhuǎn)變?yōu)槌煞诌h(yuǎn)離平衡的具有HCP結(jié)構(gòu)的α相。最后恒溫回火過(guò)程中，通過(guò)連續(xù)的長(zhǎng)程擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)母相α和生成相β的成分向平衡成分轉(zhuǎn)變。除此以外，β相中存在真正的調(diào)幅分解區(qū)，預(yù)示了可能出現(xiàn)的預(yù)相分離機(jī)理(圖1b所示)。母相β預(yù)先分離成在空間均勻分布的納米尺度的β相穩(wěn)定化元素富集區(qū)域(crich)和β相穩(wěn)定化元素貧化(clean)的區(qū)域，在后續(xù)相變中clean區(qū)域由于成分相近而轉(zhuǎn)變成α。由于兩種β固溶體具有不同的點(diǎn)陣參數(shù)，可以預(yù)計(jì)在它們之間會(huì)形成一個(gè)共格應(yīng)力場(chǎng)，這個(gè)應(yīng)力場(chǎng)在α相的形核過(guò)程中產(chǎn)生影響。上面所描述的β迤→β+α轉(zhuǎn)變的復(fù)雜途徑是由β相中兩種不穩(wěn)定性:成分不穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性相互競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。因此為了加強(qiáng)或抑制某種途徑，需要通過(guò)調(diào)整合金成分和熱處理制度來(lái)調(diào)整兩種不穩(wěn)定性的相對(duì)強(qiáng)度。圖1鈦合金中的兩種非經(jīng)典形核機(jī)理:(a)偽調(diào)幅分解機(jī)理，，(b)預(yù)相分離機(jī)理Fig.1(a)Pseudo-spinodalmechanis

中國(guó)材料進(jìn)展第34卷(包括:化學(xué)、彈性和界面能)都是由一個(gè)包含了局部化學(xué)、結(jié)構(gòu)以及他們的空間變化(梯度)的泛函來(lái)描述。不論是調(diào)幅有序化/分解或者通過(guò)形核長(zhǎng)大的相分離，在多維自由能成分曲面(勢(shì)能面)上的最小能量路徑自動(dòng)決定了轉(zhuǎn)變路徑和沿著該路徑的母相和生成相之間微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)。圖2描述了基于相場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的鈦合金中相關(guān)機(jī)理對(duì)應(yīng)的微觀結(jié)構(gòu)模擬及相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)觀察［16］，圖3描述了殘余應(yīng)力影響下多晶β相中α相析出過(guò)程中的晶向選擇的相場(chǎng)模擬［12，17］。相場(chǎng)動(dòng)力學(xué)模擬可以完美地描述鈦合金不同狀態(tài)下的微觀結(jié)構(gòu)，是設(shè)計(jì)先進(jìn)鈦合金的重要工具。然而，相場(chǎng)動(dòng)力學(xué)方法所預(yù)測(cè)的相變路徑與相對(duì)應(yīng)的微觀組織結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性和定量化程度取決于所使用的自由能曲面(考慮界面共格應(yīng)變和界面缺陷對(duì)自由能曲圖2相場(chǎng)模擬預(yù)測(cè)的顯微組織與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比(實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)自Fraser小組研究工作):(a)織構(gòu)控制的晶粒生長(zhǎng)，(b)交叉板和包狀顯微結(jié)構(gòu)，(c)球形α，(d)邊片α，(e)網(wǎng)籃狀結(jié)構(gòu)，(f)調(diào)幅分解產(chǎn)生的成分分布［16］Fig.2MicrostructurecomparisonsbetweenphasefieldsimulationsandexperimentsofTialloys［16］圖3殘余應(yīng)力影響下多晶β相中α相析出過(guò)程中的晶向選擇的相場(chǎng)模擬:(a)起始單相β的多晶顯微組織，(b)多晶樣品在一個(gè)體積元中的應(yīng)力場(chǎng)(σ11)，(c)在(b)的局部應(yīng)力狀態(tài)影響下一個(gè)晶粒中形成的α相團(tuán)，(d)在沉淀過(guò)程中不同晶向的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化，(e)實(shí)驗(yàn)觀察到的微米織構(gòu)和裂紋萌生之間的相關(guān)性［12，17］Fig.3PhasefieldsimulationsofvariantselectionofαphaseinTialloys［12，17］284

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 喻健;李嘉榮;韓梅;史振學(xué);劉世忠;;近[001]取向DD6單晶高溫合金980℃/250MPa持久性能各向異性研究[J];材料工程;2012年04期

2 ;Creep Rupture Behavior of K40S Alloy at Elevated Temperatures[J];Journal of Materials Science & Technology;2004年02期

3 ;Anisotropic Creep Rupture Properties of a Nickel-base Single Crystal Superalloy at High Temperature[J];Journal of Materials Science & Technology;2011年02期

4 ;Orientation Dependence of Stress Rupture Properties of a Ni-based Single Crystal Superalloy at 760℃[J];Journal of Materials Science & Technology;2012年03期

5 ;Effect of Threshold Stress on Anisotropic Creep Properties of Single Crystal Nickel-Base Superalloy SRR99[J];Journal of Materials Science & Technology;2012年05期

6 李俊杰;張成路;GODFREY Andrew;劉偉;;奧氏體化時(shí)間與冷卻速率對(duì)超高碳鋼組織影響的EBSD研究[J];電子顯微學(xué)報(bào);2013年06期

7 羅志榮;黃世葉;茹謝辛;高英俊;;晶體相場(chǎng)法模擬大角度晶界的變形過(guò)程[J];廣西科學(xué);2013年04期

8 林一堅(jiān);;熱激活條件下的變形誘導(dǎo)滲碳體溶解[J];寶鋼技術(shù);2014年01期

9 陳茂軍;靳全勝;苗高蕾;;TIG焊接Ti-6Al-4V鈦合金薄板工藝與組織分析[J];長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2014年01期

10 周立初;趙宇飛;胡顯軍;王雷;李凡;方峰;蔣建清;;奧氏體化熱處理對(duì)冷拉拔珠光體鋼絲織構(gòu)再分布的影響[J];材料研究學(xué)報(bào);2014年08期

相關(guān)會(huì)議論文 前3條

1 張龍飛;燕平;趙京晨;韓鳳奎;曾強(qiáng);;DD407單晶高溫合金980℃/260MPa持久蠕變的各向異性[A];第十二屆中國(guó)高溫合金年會(huì)論文集[C];2011年

2 趙陽(yáng)子;李謙;陳雙林;張捷宇;周國(guó)治;;Al-Zn-Si-Mg四元相圖計(jì)算在鋁鋅鍍層合金化研究的應(yīng)用[A];2008年全國(guó)冶金物理化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議專輯（上冊(cè)）[C];2008年

3 萬(wàn)寶意;劉宏玉;;冷拉珠光體鋼絲滲碳體分解機(jī)制及影響因素[A];全國(guó)金屬制品信息網(wǎng)第23屆年會(huì)暨2013金屬制品行業(yè)技術(shù)信息交流會(huì)論文集[C];2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉萬(wàn)超;拜耳法赤泥高溫相轉(zhuǎn)變規(guī)律及鐵鋁鈉回收研究[D];華中科技大學(xué);2010年

2 陳敏;鈷基高溫合金的元素占位及相分配的第一原理研究[D];清華大學(xué);2010年

3 曹建春;鈮鉬復(fù)合微合金鋼中碳氮化物沉淀析出研究[D];昆明理工大學(xué);2006年

4 賀翠云;Al-Cu-Mn、Al-Cu-Si、Al-Mg-Ni和Ni-Ti-Si體系的相圖測(cè)定及熱力學(xué)研究[D];中南大學(xué);2008年

5 費(fèi)玉環(huán);Al_2O_3-TiC-TiN陶瓷刀具的研制及其切削性能研究[D];山東大學(xué);2012年

6 王建偉;含Nb氫化鋯慢化材料的氫含量和裂紋控制機(jī)理研究[D];北京有色金屬研究總院;2012年

7 羅素琴;Mg-Zn-Zr-Y合金固溶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化的理論和實(shí)驗(yàn)研究[D];重慶大學(xué);2011年

8 殷亞軍;基于八叉樹(shù)網(wǎng)格技術(shù)的相場(chǎng)法金屬凝固過(guò)程組織模擬的研究[D];華中科技大學(xué);2013年

9 李聰;鈦合金應(yīng)力誘導(dǎo)馬氏體相變影響因素及力學(xué)性能研究[D];湖南大學(xué);2013年

10 孫偉華;Al合金中Mn-Ni-B，Cu-Mn-Ni，Cu-Ni-Si相圖研究及Al合金凝固和時(shí)效相場(chǎng)模擬[D];中南大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王桂權(quán);基于Thermo-Calc多元多相合金微觀偏析及凝固路徑數(shù)值計(jì)算[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

2 趙光偉;基于Thermo-Calc的多尺度合金凝固傳輸行為計(jì)算機(jī)模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

3 李炎光;2124鋁合金蠕變時(shí)效行為的試驗(yàn)研究與本構(gòu)建模[D];中南大學(xué);2012年

4 王東;鈦微合金化鋼中鈦與非金屬元素相互作用基礎(chǔ)研究[D];昆明理工大學(xué);2013年

5 劉寧;TC4鈦合金TIG填絲堆焊成型技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

6 章敏;送粉式和送絲式的鈦合金激光增材制造特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

7 趙德龍;納米貝氏體鋼隨焊沖擊旋轉(zhuǎn)擠壓加速再納米化的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

8 高曉剛;影響TC4鈦合金TIG焊接頭力學(xué)性能的因素研究[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2013年

9 廖儒福;6082鋁型材生產(chǎn)的熱處理工藝優(yōu)化研究[D];中南大學(xué);2013年

10 肖強(qiáng);連軋生產(chǎn)大變形共析扁鋼絲工藝、組織及性能研究[D];西安建筑科技大學(xué);2013年

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 朱良杰 ,姜東華 ,孫玉棋;高壓煤瀝青碳的微觀結(jié)構(gòu)和一些性能[J];宇航材料工藝;1983年05期

2 楊俊和,馮安祖,杜鶴桂;冶金焦在高爐內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)的變化[J];鋼鐵;2000年11期

3 林營(yíng),楊海波;直接金屬氧化法制備SiC_p/Al_2O_3-Al復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與工藝性能的研究(英文)[J];陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào);2004年05期

4 余勇;兩種鈦表面烤瓷粉微觀結(jié)構(gòu)和熱性能的對(duì)比研究[J];現(xiàn)代醫(yī)學(xué);2005年05期

5 劉波波;王芬;朱建鋒;李亞玲;楊志波;;熱壓反應(yīng)燒結(jié)法制備Al_2O_3/Ti_2AlC復(fù)合材料及其微觀結(jié)構(gòu)和性能[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2009年04期

6 沈鴻聲;段旭珍;印建平;高偉健;;10CrMo910鋼蒸汽管微觀結(jié)構(gòu)特性與運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系[J];電力技術(shù);1989年07期

7 艾桃桃;;Bi_4Ti_3O_(12)陶瓷的制備及微觀結(jié)構(gòu)[J];中國(guó)陶瓷;2011年11期

8 史可順;;由掃描電鏡對(duì)可石墨化焦微觀結(jié)構(gòu)的命名[J];炭素技術(shù);1989年01期

9 李正民;黃偉;于元章;;合成和應(yīng)用過(guò)程中MBS微觀結(jié)構(gòu)的研究[J];塑料工業(yè);2007年S1期

10 孫復(fù)強(qiáng);;熟料的相組成和微觀結(jié)構(gòu)對(duì)水泥水化動(dòng)力學(xué)的影響[J];水泥;1983年12期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 劉紅林;金志浩;曾曉梅;郝志彪;;快速低成本C/C復(fù)合材料的性能與微觀結(jié)構(gòu)分析[A];復(fù)合材料——基礎(chǔ)、創(chuàng)新、高效：第十四屆全國(guó)復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（上）[C];2006年

2 魏進(jìn)家;張成偉;川口靖夫;;表面活性劑溶液在剪切流和拉伸流狀態(tài)下微觀結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

3 唐學(xué)原;程健男;陸雪川;陳立富;;含鐵SiC纖維1800℃燒成后的微觀結(jié)構(gòu)[A];中國(guó)空間科學(xué)學(xué)會(huì)空間材料專業(yè)委員會(huì)2011學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2011年

4 張臘梅;王慧勇;王鍵吉;;離子液體[C_(12)mim]Br水溶液的微觀結(jié)構(gòu)[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十五屆全國(guó)化學(xué)熱力學(xué)和熱分析學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要[C];2010年

5 徐榮九;周洋;陳大明;;添加劑對(duì)96%Al_2O_3陶瓷微觀結(jié)構(gòu)及性能的影響[A];2000年材料科學(xué)與工程新進(jìn)展（上）——2000年中國(guó)材料研討會(huì)論文集[C];2000年

6 梁玉蓉;盧詠來(lái);吳友平;張立群;;橡膠／黏土納米復(fù)合材料在高壓熱處理過(guò)程中的微觀結(jié)構(gòu)變化[A];2005年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2005年

7 萬(wàn)鵬;童華;朱明彥;祝志宏;沈新宇;劉姍姍;胡繼明;;α-TCP/TTCP骨水泥固化過(guò)程的微觀結(jié)構(gòu)以及有機(jī)添加物調(diào)控作用的研究[A];中國(guó)復(fù)合材料學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2005年

8 張玉娟;李鳳吉;張曉民;;DLC多層膜的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其機(jī)械性能的影響[A];2011年全國(guó)青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

9 林珂;王瑜熙;張寒輝;周曉國(guó);羅毅;劉世林;;液體水和水溶液的微觀結(jié)構(gòu)[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第39分會(huì)：化學(xué)動(dòng)力學(xué)[C];2014年

10 魯燕萍;張?jiān)弃Q;;含鈦衰減陶瓷制作工藝[A];2002年電子陶瓷及其在真空電子行業(yè)中應(yīng)用技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2002年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 焦艷玲;昆蟲(chóng)展內(nèi)容形式有新意[N];市場(chǎng)報(bào);2004年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 梁崴;微觀結(jié)構(gòu)噪音下的資產(chǎn)價(jià)格行為[D];天津大學(xué);2010年

2 焦明立;聚乳酸中貝殼層狀微觀結(jié)構(gòu)的形成及其增韌增強(qiáng)的研究[D];東華大學(xué);2008年

3 孫如華;東部礦區(qū)深部土結(jié)構(gòu)力學(xué)性研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 崔行宇;六方氮化硼微觀結(jié)構(gòu)與吸附性能的研究[D];沈陽(yáng)大學(xué);2012年

2 胡林彥;鈦酸鋇基PTC陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)及PTC機(jī)理研究[D];河北理工大學(xué);2005年

3 曾斌;CVD B_xC涂層的微觀結(jié)構(gòu)、沉積特性、晶化及氧化行為[D];廈門大學(xué);2008年

4 李春艷;二元及多元金屬氧化物功能材料的微觀結(jié)構(gòu)及其物理性能的研究[D];青島大學(xué);2013年

5 金克盛;昆明紅土的固化特性及微觀結(jié)構(gòu)圖像特征參數(shù)研究[D];昆明理工大學(xué);2005年

6 肖聲明;納米粒子填充改性聚四氟乙烯復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)分析[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

7 封帆;長(zhǎng)春地鐵二號(hào)線建設(shè)層粘性土微觀結(jié)構(gòu)研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2014年

8 丁月蕾;由外而內(nèi)，看透你的“眼”[D];上海交通大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2585879