Recent Development of Effect Mechanism of Alloying Elements in Titanium Alloy Design

钛合金的性能主要取决于合金成分和显微组织两方面,而合金元素的种类选择以及添加量是合金成分设计的主要组成内容,不同合金元素的添加可以一定程度上改善合金的强度,高温性能,蠕变性能以及加工性能等,满足特殊工业需求。主要探讨了合金元素在钛合金设计中的作用以及说明了各合金元素在新合金设计中应注意的一些原则,并对合金元素在钛合金设计中存在的一些问题进行探讨和归纳总结,特别对于合金中不同合金元素之间的相互作用,引起合金组织中位错取向和相组成发生变化,从而影响合金的机械性能。另外,对几种经典合金的合金组成、稳定性以及组织性能之间的相互关联进行研究,希望进一步了解合金元素在钛合金中的影响机理,为新型钛合金设计与研发提供参考。     

钛合金设计中合金元素影响机理的研究进展（英文）

钛合金的性能主要取决于合金成分和显微组织两方面,而合金元素的种类选择以及添加量是合金成分设计的主要组成内容,不同合金元素的添加可以一定程度上改善合金的强度,高温性能,蠕变性能以及加工性能等,满足特殊工业需求。主要探讨了合金元素在钛合金设计中的作用以及说明了各合金元素在新合金设计中应注意的一些原则,并对合金元素在钛合金设计中存在的一些问题进行探讨和归纳总结,特别对于合金中不同合金元素之间的相互作用,引起合金组织中位错取向和相组成发生变化,从而影响合金的机械性能。另外,对几种经典合金的合金组成、稳定性以及组织性能之间的相互关联进行研究,希望进一步了解合金元素在钛合金中的影响机理,为新型钛合金设计与研发提供参考。     

基于相形成判据和大数据体系的高熵合金设计

简要介绍高熵合金的发展和其相形成判据。针对高熵合金的大数据体系提出一种新的设计形式,设计并研究了一种新的高熵合金。结果表明： AxByC(100-a-b-x-y)DaEb的设计形式比起以往的伪二元系合金形式,如 AxBCDE,更加符合大数据体系的要求。提出的设计方法能够直观快捷的从高熵合金大数据体系中筛选出预期的合金成分。设计的高熵合金,AlCoCrFeMo0.05Ni2,与目标合金相符,且在700℃下有很好的应用前景。     

抗氧化变色银合金的成分设计

针对抗氧化变色银合金的成分设计进行了讨论,提出了采用多元少量合金化、合金成分满足不同加工性能要求、采用多种强化途径、拓宽合金的工艺可操作性、降低合金成本、对环境友好等设计思路,并指出抗氧化变色银合金的成分设计应按照3个基本步骤进行.按照此设计思路和设计方法,确定了适合各种生产工艺的合金成分范围,通过实验室性能检测和工业化试验,结果表明,研制的JIS系列合金具有很好的抗氧化变色性能和制造性能,综合性能优良.     

多元γ-TiAl合金成分设计的研究现状及趋势

γ-TiAl合金有诸多良好的高温性能并在许多领域广泛应用,但室温塑性较差在一定程度限制了该类合金的工程化应用。而合金成分设计优化不仅直接影响合金的凝固组织而且能最终改善合金的性能。从多元γ-TiAl合金的凝固路径、合金元素的添加、间隙原子的添加以及Al当量计算等方面总结了多元γ-TiAl合金成分的设计理念和主要成果。基于此,提出了合金设计的原则,并预测了多元γ-TiAl合金成分设计的发展趋势。     

Al-Ti-V基轻质高熵合金研究现状

近年来,高熵合金凭借其新颖的设计理念和优异的各类物化性能成为金属结构材料领域的研究热点。随着轻量化合金设计理念的不断普及,“熵调控”的概念也被广泛应用于开发新型轻质合金。轻质高熵合金是基于合金轻量化设计的一类低密度的新型高熵合金,其开发与设计主要利用经验参数准则、相图计算以及第一性原理计算相结合的方法。其中,Al-Ti-V基轻质高熵合金凭借其优异的力学性能、良好的高温抗氧化性及耐腐蚀性等优点,受到了广泛关注。本文基于Al-Ti-V基轻质高熵合金的研究现状,从成分设计、制备方法、结构特征以及各类物化性能特点等方面进行了综述,并指出了Al-Ti-V基轻质高熵合金所面临的问题与挑战。     

共晶高熵合金研究进展

高熵合金(HEAs)打破了传统合金的设计理念,是以多种主要元素组成的一类新型合金,但大部分高熵合金通常流动性和可铸造性较差,成分不均匀,不利于高熵合金的规模化应用。共晶高熵合金(EHEAs)可同时具有高熵合金和共晶合金的特性,减少铸造缺陷,改善了铸造性能,设计和制备共晶高熵合金具有重要的意义。概述了国内外共晶高熵合金的研究进展,介绍了合金的相组成和性能,共晶形貌的生长特征及生长机理,概括了共晶高熵合金的相形成规律和共晶成分的设计方法,最后展望了未来共晶高熵合金的主要研究方向。     

激光熔覆高熵合金涂层耐磨性能研究进展

高熵合金凭借特有的合金设计理念和优异的性能,展现了在工业生产中巨大的应用潜力,已成为研究学者关注的焦点。本文概括了高熵合金的设计准则和性能特性,分析了高熵合金相形成及其规律,阐述了合金元素对激光熔覆高熵合金耐磨性能研究进展,同时,探讨了热处理对激光熔覆高熵合金耐磨性能研究进展。展望了激光熔覆高熵合金涂层未来的研究发展方向。     

抗变色仿金稀土铜合金的耐蚀行为

设计并制备一种新型的抗变色仿金稀土铜合金.采用金相组织分析、中性盐雾试验、质量损失法、电化学阻抗谱和扫描电镜等手段对比研究所设计合金与现有造币用H72-1-1合金的组织结构、抗变色性能和耐蚀性能.结果表明:所设计合金退火组织细小、均匀,在3.5％NaCl溶液中保持不变色的时间较H72-1-1合金的延长了25％.在3.5％NaCl溶液中浸泡腐蚀过程中,所设计合金形成了一层均匀致密、完整的腐蚀产物膜,减缓了腐蚀的进程,其耐腐蚀性能优于H72-1-1合金的,腐蚀速率为10.3 μm/a;所设计合金电荷转移电阻Rct Warburg扩散阻抗Zw与H72-1-1合金的相比都有大幅度的提高,腐蚀过程阻力增加.     

基于相形成判据和大数据系统的高熵合金设计（英文）

简要介绍高熵合金的发展和其相形成判据。针对高熵合金的大数据体系提出一种新的合金设计形式,涉及并研究了一种新型的高熵合金。结果表明:A_xB_yC_((100-a-b-x-y))D_aE_b的涉及形式比起以往的伪二元系合金形式,如A_xBDE,更加符合大数据体系的要求。提出的设计方法能够直观快捷的从高熵合金大数据体系中筛选出预期的合金成分。本研究设计的高熵合金AlCoCrFeMo_(0.05)Ni_2与目标合金相符,且在700℃下有很好的应用前景。     

Zr合金设计方法的研究现状及发展趋势

Zr合金具有高硬度、高熔点、低热膨胀系数、耐腐蚀性好和热中子截面吸收低等优良的特性,因此被逐渐开发应用于核工业、航空航天、生物医学等领域。本研究介绍了Zr合金成分设计方法及研究现状,主要涉及的合金设计方法包括:经验法/半经验法、第一性原理计算法、d电子轨道法以及CALPHAD法。其中,重点介绍了第一性原理计算涉及的Zr合金的研究方法及现状。借助有效的合金设计方法和高效的计算机运算可以更加有效、系统地了解材料力学行为特性与微观结构之间的关系,为合金成分设计提供理论依据。结合国内外Zr合金设计方法的研究进展与成果,探讨了Zr合金设计领域的研究发展趋势。     

高强韧共晶高熵合金的研究进展

共晶高熵合金具有高硬度、高耐腐蚀性、高耐磨性、极好的铸造性、优异的抗氧化性和磁性等诸多传统合金无法比拟的特点,是传统物理冶金领域对合金设计的一次突破,为新材料、新性能的探索开辟了新的平台。虽然目前已出现多种类型的共晶高熵合金,但对共晶高熵合金的性能和设计思路还缺乏宏观的认识。本文将综述近年来共晶高熵合金的设计方法:试验法、代换法、伪二元法和计算相图法,对比分析每种方法的优缺点,进一步分析共晶高熵合金的结构特征和热机械处理对其组织和力学性能的综合影响,总结共晶高熵合金设计可能出现的问题,并展望其未来的研究方向。     

高熵合金相形成规律与合金设计

根据高熵合金相形成规律和合金设计研究的进展,概括了两类高熵合金的设计方法:参数计算法和计算机模拟法。参数计算法中详细介绍了混合焓、混合熵、原子半径差异、电负性差异等各参数对高熵合金中固溶体相、拓扑密排相、非晶相和共晶高熵合金的形成规律以及价电子对固溶体的晶体结构影响和性能的影响规律及合金设计方法。计算机模拟方法中概括了第一性原理计算、分子动力学和相图模拟3种方法在高熵合金设计中的应用。     

镍基粉末高温合金FGH97的强化设计北大核心CSCD

为了提高粉末高温合金FGH97的拉伸强度,同时保持基础合金良好的塑性、高温持久性能和较好的组织稳定性,通过正交设计和热力学计算,调整了FGH97中Co、Cr、Mo、W 4种固溶强化元素的含量,结合热力学计算结果筛选出3种成分的设计合金,对合金进行显微组织观察、物理化学相分析、室温高温拉伸等力学性能检测,以及长时效热处理试验。结果表明:在FGH97基础上调整成分的设计合金具有更高的室温、高温拉伸强度,实现了很好的强化效果;设计合金塑性损失不明显,还具有更长的高温持久寿命及较好的组织稳定性。     

一种高性能航空涡轮盘用铸锻合金的研究进展

针对航空涡轮盘用先进铸锻变形高温合金热加工难、承温能力低于680℃(630 MPa,1000 h持久寿命)、难以满足现代航空发动机设计需求等不足,提出了优化析出强化相成分和引入微孪晶以提高合金中温区(合金服役温区)强度、同时减弱析出相高温强化效果和固溶温度以降低合金高温区(合金加工温区)强度的理念,设计并制备出系列Ni-Co基铸锻高温合金(TMW合金).设计合金盘坯(直径440 mm,厚65 mm)的制备和性能测试表明,TMW合金可在常规熔铸和锻造设备上热加工制备,承温能力超过700℃,比目前最强的商用铸锻涡轮盘合金U720Li提高了50℃以上.从TMW合金的设计思想、成分特点、锻造加工性、组织控制、性能特征和变形强化机理等方面,简要介绍了这种高性能铸锻变形高温合金的主要研究进展.     

全息合金定位设计系统和Au-Cu系的全息网格相图（英文）

以Au-Cu系为例,介绍3项发现和2个方法。第一,建立全息合金定位设计系统是推动系统金属材料科学和合金基因工程持续发展的新路径。它的基地由材料测试和计算中心、系统金属材料科学中心、合金基因工程中心、全息合金定位设计系统信息中心和控制中心组成。第二,原子移动的共振激活和同步交换机制具有2种形式:局域式和定向扩散式。第三,平衡和亚平衡全息网格相图是研究者发现、设计、生产和应用先进合金的蓝图和可操作平台,它们分别由合金相的等温Gibbs能线的平衡杠杆线数值法和亚平衡交点数值法获得。点击每一格点便可获得设计合金的3个结构层次信息:组织的相的组成和分数,相的排列结构和性质;合金相的成分,合金基因排列结构和性质;合金基因的电子结构和性质。它将开创一个网络设计先进合金的新时代。     

合金相的“团簇+连接原子”模型与成分设计

以最近邻配位多面体为基元描述复杂合金相的结构特征,总结出合金相的常见团簇类型,并建立了合金相的团簇+连接原子模型。以此为基础解析准晶和非晶合金为代表的团簇合金的结构与团簇成分式特征,提出复杂合金相成分设计的团簇式方法,并以块体非晶合金和稳定固溶体合金为例说明多组元合金相团簇成分式的建立与运用过程以及团簇基元及连接原子种类与数目的确定原则。前期研究工作表明,基于团簇+连接原子模型的团簇成分式方法为多元复杂合金相定量设计提供了新的有效途径。     

基于d电子合金设计方法的生物医用新型亚稳β钛合金的设计及性能研究

依据d电子合金设计方法,采用无细胞毒性的合金元素Nb和Zr,从理论上设计了一种具有较低弹性模量的生物医用新型亚稳β钛合金Ti-35Nb-10Zr,并研究了该合金铸锭的基本力学性能.结果表明:该合金的弹性模量值低于传统的用于体内植入的Ti-6Al-4V合金,有望成为一种比较有前途的新型体内植入材料.     

配电变压器用铁基非晶合金成分的研究

在２６０５Ｓ－２非晶合金成分基础上,小范围调整了合金成分,主要是用铁替代硅和硼设计出三种合金,研究了成分对合金性能的影响。其中Ｋ２炉号合金综合性能比２６０５Ｓ－２合金要好,可作为改进成分进行深入研究。     

焊缝高熵化研究现状与展望

高熵合金是近年来快速发展的一种新型合金,其成分设计突破了传统合金的设计理念,是合金理论发展的一个新方向.高熵合金所具有的高熵效应、晶格畸变效应、缓慢扩散效应和鸡尾酒效应在焊接领域表现出独特的应用价值,前景十分广阔.文中总结了国内外利用高熵合金四大效应开发焊接材料与工艺的研究现状和存在的问题,并对未来发展方向进行了展望.