微量元素对NiAl-Cr(Mo)共晶合金组织和力学性能影响的研究进展

综述了添加微量元素(Ti、Nb、Hf、Zr、稀土元素)对Ni Al-Cr(Mo)共晶合金微观组织和力学性能的影响。在Ni Al-Cr(Mo)共晶合金中添加Ti、Hf、Zr元素会使得合金微观组织产生Heusler相(Ni2Al Ti相、Ni2Al Hf相、Ni2Al Zr相)沉淀,添加Nb元素会产生Laves相(Cr2Nb相)沉淀,添加稀土元素会产生稀土沉淀相。这些沉淀相都会在合金中产生沉淀强化来增强合金的力学性能。最后,就目前研究中的不足之处提出了改进方法。     

Mo元素含量对TiAl合金微观组织及力学性能的影响

设计了4种不同Mo含量的TiAl合金,使用扫描电子显微镜、纳米压痕、热模拟压缩等手段对Mo-TiAl合金的微观组织以及力学性能进行了研究。结果显示,随着Mo含量升高,组织中γ相含量逐渐减少,而β相含量逐渐增多。Mo元素主要以β相的形式存在于TiAl合金中。在热等静压过程中,Mo元素从γ相和α₂相向β相中扩散;Mo-TiAl合金的纳米压痕硬度在Mo含量为1.59%（原子分数,下同）时达到最大,并且纳米压痕硬度和片层间距呈负相关;随着Mo含量升高,Mo-TiAl合金热压缩流变应力降低,Mo含量为2.11%和3.94%的TiAl合金由于Al元素偏析导致其塑性较差。     

合金元素对Ti-Mo合金的相结构和力学性能的影响

采用真空电弧熔炼工艺制备了含Fe、Nb、Al和Sn的Ti-12 Mo合金铸锭,并对其进行了950℃保温30 min炉冷和水冷的热处理.研究了化学成分和热处理对Ti-12 Mo合金相结构和力学性能的影响.结果表明:Ti-12 Mo合金中加入Al、Sn元素能起稳定α相的作用,加入Fe元素能起稳定β相的作用,加入Sn元素则阻...     

Ti3Zr2Sn3Mo25Nb医用钛合金相变与力学性能

研究Ti3Zr2Sn3Mo25Nb医用钛合金中相变演化过程和亚稳相对合金强度和弹性模量的影响规律.结果表明:Ti3Zr2Sn3Mo25Nb合金中相的演化过程为β→ω→α″→α,其中亚稳ω相及α″相的尺寸、数量及分布对合金强度、弹性模量及塑性的影响显著.ω相的尺寸越小,数量越多,分布越均匀,这有利于提高合金强度,降低塑性和弹性模量;通过控制亚稳ω相及α″相的尺寸、数量和分布,可以在一定范围里调整Ti3Zr2Sn3Mo25Nb合金的力学性能变化,从而得到更好的生物力学性能匹配.     

过渡元素掺杂NiTi合金的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法系统的计算了3d、4d和5d过渡元素掺杂的Ni Ti合金晶格参数、形成能、弹性常数和电荷密度,探讨了合金元素的占位倾向以及对马氏体相变温度的影响。计算结果表明,V、Cr、Mn、Fe、Co、Pd、Cu各族元素倾向于占据Ni位;Sc、Y、Zr、Hf倾向于占据Ti位。V、Cr、Mn、Fe、Co各族元素和Pd、Pt取代Ni,V、Cr、Mn、Fe各族取代Ti能够不同程度的降低NiTi合金的相变温度M_s;Hf、Zr、Au、Ag取代Ni以及Sc、Y、Hf、Zr取代Ti为能够升高NiTi合金的相变温度M_s;Cu取代Ni则基本不改变NiTi合金的相变温度M_s。这些结果与实验结果一致,进而从微观角度解释了合金元素对相变温度的影响规律。     

冷却介质对商业纯钛 β→α 相转变组织及织构的影响

利用OM、ECC、EBSD、TEM等表征技术和显微硬度实验研究了经β固溶处理的商业纯钛板材在β→α相变过程中不同冷却介质对其组织演变、变体选择、织构遗传及力学性能的影响。结果表明：随着冷却速率的降低,相变组织依次呈细针状α′马氏体（水冷和液氮冷）、Widmanst?tten组织（空冷）及粗大晶粒（炉冷）,且冷却速率越快,则转变组织越细,进而其硬度值越高。在β→α冷却过程中,只有炉冷条件下由于出现了部分不满足Burgers关系的取向,导致其并不严格遵循Burgers取向关系。与原始组织相比,水冷和液氮冷条件下由于出现新的织构成分（<0001>//TD、<110>//ND）,导致其织构分布更分散;炉冷条件下由于发生了强烈变体选择而出现织构遗传现象,导致更强的相变织构。因此可以通过提高冷却速率来抑制变体选择,进而弱化相变织构。     

基于Ti1100合金的微量元素添加对合金抗氧化性能的影响

本文利用固溶体合金中的‘团簇加连接原子’模型解析了典型高温近α-Ti合金Ti1100的成分,其团簇成分式为[Al-(Ti13.7Zr0.3)](Al0.69Sn0.18Mo0.03Si0.12)。在此基础上,采用相似元素替代原则设计了微量元素Hf、Ta和Nb添加的系列合金成分,即 [Al-(Ti13.7Zr0.15Hf0.15)](Al0.69Sn0.18Si0.1(Mo/Ta/Nb)0.03)。对该系列合金进行950 ℃/1 h固溶+560 ℃/6 h时效处理,然后进行组织结构、硬度、抗高温氧化及电化学腐蚀性能测试。研究结果表明,Zr0.15Hf0.15合金与参比合金具有相同片层β转变组织,而在此基础上Ta和Nb的添加会使合金中产生大量等轴α组织;但组织的改变对系列合金的显微硬度影响不大,介于330-370 HV。650 ℃氧化100 h后系列合金均具有较强的抗氧化能力,氧化增重小于1.0 mg/cm2,而在800 ℃氧化100 h后,添加Hf、Ta、Nb元素的合金氧化增重明显低于Ti1100合金,氧化层厚度为25~27 μm,且氧化层致密,其中[Al-(Ti13.7Zr0.15Hf0.15)](Al0.69Sn0.18Si0.1Ta0.015Nb0.015)合金具有最优的抗高温氧化性能,800 ℃/100 h后的氧化增重仅为2.6 mg/cm2。此外,该系列合金在在3.5 %NaCl溶液中也具有较好的耐蚀性。     

TB17钛合金在等温时效过程中的相析出行为

采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和硬度测试分析了新型超高强韧钛合金TB17在等温时效过程中析出相的演变及时效响应。结果表明：该合金在350 ℃时主要发生β→β+ω相变,ω相为细小的颗粒。在450 ℃下进行时效处理时,α相通过ω相辅助形核的方式形核长大。在550和650 ℃时主要发生β→β+α相变,α相为片层状。在该温度范围内长时间进行时效处理的TB17合金存在2种类型α相,满足Burgers关系的1α相和不满足Burgers关系的2α相。其中2α相为孪晶α相,在1α相内部｛102｝孪晶面形核,并不断消耗1α相而长大。TB17钛合金的时效特征与其他β型钛合金相似。TB17钛合金的时效响应快,显微硬度随着时效温度升高呈现出先增加后降低的趋势,在450 ℃时效处理下硬度达到最大。     

Co、Pd掺杂对NiTiNb记忆合金相变影响的第一原理研究

基于第一原理计算方法,通过比较Co、Pd合金化前、后NiTiNb合金能态、电子、态密度等微观结构变化,表征和评判了Co、Pd掺杂对NiTiNb合金相变的影响,结果表明：Co元素在NiTi和NiTi(Nb)相取代Ni位的结合能和形成焓小于其取代Ti位,表明Co元素将以取代Ni位形式固溶,Mulliken布居和电子密度计算显示,Co固溶后将与最近邻Ti原子形成强键作用,导致Co周围Ti原子活性降低,Ni/Ti原子比升高,所以Co合金化后NiTiNb合金Ms反而降低。对于Pd元素,虽然其取代Ti位的形成焓略小于取代Ni位,但NiTi(Pd→Ni)和NiTi(Nb)(Pd→Ni)的结合能均小于Pd取代Ti位,同时Pd→Ni位后固溶相的Fermi能级处电子数减少,Pd成键峰峰值更高、峰型更集中,所以Pd以置换Ni位更稳定,Ni/Ti原子比降低,NiTiNb合金Ms升高     

合金元素对β-Ti25Nb合金的结构稳定性与弹性性质的影响

采用密度泛函理论的缀加平面波加局域轨道的第一性原理和超晶胞方法对β结构的Ti75Nb25以及Ti68.75Nb25X6.25(X为Mo,Sn,Ta和Zr)合金的能量、电子结构以及弹性性质进行了理论计算.通过对比这几种合金的结构稳定性和弹性性质,发现Mo和Ta元素既能起到稳定β-Ti25Nb相作用,又能使其弹性常量增加.而Sn 对β结构的稳定性影响较小,Zr却降低了β结构的稳定性,且两者对弹性常数的影响均较小.     

Effect of the number of passes of the electron beam on the structural and phase state of coatings based on high-speed tool steel

The article describes the results of investigations by metallographic, X-ray diffraction and chemical analysis of the structure, phase composition and hardness of coatings based on R6M5 steel and the R6M5+WC composite, produced using the concentrated beam relativistic electrons in the atmosphere.     

Mg微合金化对MoSi_2价电子结构及性能的影响

为了预测Mg微合金化对MoSi2性能的影响,运用固体与分子经验电子理论（EET）,采用键距差（BLD）以及平均原子模型的方法,对MoSi2和Mo（Si0.95,Mg0.05）2固溶体进行价电子结构分析,并计算各键键能。结果表明：Mg微合金化改变了Mo原子和Si原子的杂化状态,从而使相应的价电子结构参数发生变化。Mg微合金化之后,最强键上共价电子对数和键能降低,表明固溶体的熔点和硬度降低。共价电子数在总价电子数中所占比例下降,晶格电子数增加,因而Mg微合金化之后宏观上表现为材料的强度降低,但是塑性和导电性增加,脆性降低。     

微量铬元素对FeB相价电子结构的影响

进行了铬元素降低硼化物层脆性实验验证,用EET（Experimental Electron Theory)理论,着重分析了微量铬元素对FeB相价电子结构的影响。认为：铬原子置换FeB相中的Fe原子,可改善FeB相空间键络分布不均匀的状况,使强键与弱键差值减小,提高弱键的键能,对其他键也有不同程度的强化作用,从而降低FeB相的本质脆性。     

二硼化钛电子结构的量子化学计算

采用离散变分Xα量子化学计算方法 ,研究了二硼化钛的化学键和价电子结构特征 ,并阐述了TiB2 陶瓷晶体结构、电子结构与其力学性能和电性能之间的关系。结果表明 :TiB2 晶体结构中包含了Ti2 与B-混合键、B-与B-间的σ键以及B-2 pπ电子构成的离域大π键 ;TiB2 晶体的导带和价带电子主要是由Ti3d和B2 p轨道的价电子构成 ,这些价电子通过离域大π键在电流的作用下可在TiB2 晶体中迁移。     

Cr对铜价电子结构及性能影响

利用改进计算的含溶质晶胞的点阵常数对Cu-Cr晶胞的相空间价电子结构进行计算,并在此基础上定义了表征合金相性能的相结构因子nN、F、nA和ρLv。计算结果表明:合金元素Cr的溶入后,Cu-Cr混合晶胞的nN和F为3413和55.7268,相比纯铜晶胞有了极大幅度的极高,从而使合金的稳定性大大增强;同时最强键共用电子对数nA由0.3754增加至0.4912,大大强化了铜基体;但表征合金导电性的ρLv有所下降。计算结果及理论分析与实际相吻合,从而从价电子结构层次解释了合金宏观层面所表现出的性能。     

La-Al化合物价电子结构对铝合金性能的影响

基于固体与分子经验电子理论(EET)和键距差方法(BLD),计算了5种La-Al化合物的价电子结构和化学键键能,从价电子结构层次探讨了5种La-Al化合物对稀土铝合金强度、塑性和高温稳定性的影响.结果表明,LaAl4对铝合金的室温强度、高温稳定性和高温强度都有显著的贡献,同时对铝合金的塑、韧性影响最小；LaAl3的增强作用不大；La3Al脆性大,稳定性差.因此,在稀土铝合金的制备中,应促进LaAl4相的生成,避免La3Al和LaAl3的出现.     

Influence of the electronic structure on the ductile behavior of B2 CsCl-type AB intermetallics

The study of the ductile B2, CsCl-type AB intermetallic compounds has been expanded over the past few years in order to determine the underlying principles that account for their ductility. Using a global semi-empirical alloy theory approach together with first-principles band theory, we show that absence of d-band electrons near the Fermi level accounts for the observed ductility in over 90% of the phases studied to date. This model has been used to predict the ductile/brittle behavior in several other selected AB compounds. Considering the crystal structures of the known intermetallics, it is concluded that the existence of these ductile AB B2 compounds is an isolated situation because the von Mises criterion for ductility is met in the B2 materials, but not in other crystal structures.     

Effect of cooling rate on the microstructure of electron beam welded joints of two-phase TiAl-based alloy

The analysis of the microstructural characterization and phase composition of electron beam welded joint zones of Ti- 43Al-9V-O. 3Y alloy has been done in this study. The welded seam is mainly composed of B2 phase, the partial γ ＋ α2 twophase lamellar structure and granular γm phase. And the lanthanon Y existed as YAl2 phase and served as grain refined. The impact of different cooling rates on joint microstructure, fracture characteristic and tensile strength were investigated. The high cooling rate restrained the structural transformation and resulted in the ordering structure. The fracture of the joint was brittle cleavage fracture because the ordering structure went against restraining the crack propagation. With the decrease of cooling rate, the transformation amounts of lamellar structure increased, and the fracture presented the layered and crosslayered characteristic.     

Zn/Mg对Al-Zn-Mg合金时效析出惯序的影响

制备了Al6.2Zn2.3Mg和Al5.0Zn3.0Mg两种合金并进行了固溶时效处理,基于EET理论,计算了合金基体固溶体的价电子结构,研究了Zn/Mg对合金时效析出行为的影响。研究认为：Al6.2Zn2.3Mg合金固溶时优先形成的a-Al-Zn-Mg固溶体为η相析出序列GP区的形成提供了条件,合金只启动η相析出序列,故时效硬化行为表现出明显的双峰特征;而Al5.0Zn3.0Mg合金固溶时形成的a-Al-Zn-Mg和a-Al-Mg-Zn-Mg-Al两种固溶体分别为η相和T相析出序列GP区的形成提供了条件,合金时效时同时启动了时效进程不同、强化相析出与转变时间及其强化作用不同的η相和T相两个析出序列,故Al5.0Zn3.0Mg合金时效硬化双峰特征不明显。     

α-Al2O3的晶体结构与价电子结构

对α Al2 O3 的晶体结构进行了详细的讨论 ,通过各种立体插图 ,对比分析了α Al2 O3 的菱面体晶胞和六方晶胞 ,并对每种晶胞中各种原子的排列位置进行了深入分析 ,确定了某一具体位置的O2 -或Al3 与其它离子之间的主要键距 ,最后根据“固体与分子经验电子理论 (EET)”计算出了α Al2 O3 晶体的价电子结构 ,并以图示的方式把主要的键及键距标示在图中 ,使能直观地看到α Al2 O3 晶体中最强键及次强键等在晶体中的方位 ,便于分析α Al2 O3 的结构与性能的相互关系。