Ti-Mn-Si三元系相图富Ti端800及1100℃等温截面的测定

采用合金法,利用电子探针显微分析(EPMA)及X射线衍射法(XRD),试验测定了Ti-Mn-Si三元系合金相图富Ti端800及1 100℃等温截面中的相关系。结合试验数据和已知子二元系相图,发现Ti-Mn-Si三元系富Ti端800℃时存在3个三相区:BCC(Ti)+HCP(Ti)+SiTi_3、BCC(Ti)+Si_3Ti_5+SiTi_3、BCC(Ti)+Si_3Ti_5+X(X为三元新相); 4个两相区:BCC(Ti)+Si_3Ti_5、BCC(Ti)+SiTi_3、HCP(Ti)+SiTi_3、HCP(Ti)+BCC(Ti);2个单相区:BCC(Ti)、HCP(Ti)。富Ti端1 100℃时存在2个三相区:BCC(Ti)+Si_3Ti_5+SiTi_3、BCC(Ti)+Si_3Ti_5+X; 2个两相区:BCC(Ti)+Si_3Ti_5、BCC(Ti)+SiTi_3; 1个单相区BCC(Ti)。     

Cr- W、Cr- Mo和Cr- Ta二元体系的热力学和相图优化

基于已有的试验数据和第一性原理计算结果(如相图试验信息、热力学性质试验数据等),运用Calphad方法与Thermo-Calc软件,重新优化了Cr-W、Cr-Mo和Cr-Ta体系的热力学参数和相图,优化的结果与试验数据及第一性原理计算结果吻合较好。该一系列热力学模型参数可以作为外推建立多组元Ni基合金热力学数据库的基础。     

Fe-Ti-C三元系热力学优化

应用CALPHAD方法对Fe-Ti-C三元系进行了热力学优化。基于已有的试验数据和第一性原理计算结果,如相图试验信息、热力学性质试验数据、三元系中Ti C在奥氏体中的溶解度等,优化得到的参数可较好地重现试验数据,建立了一套具有良好自洽性的热力学及扩散动力学参数。     

FCC无序合金混合能的第一性原理计算及CALPHAD三元外推模型的比较

通过建立特殊准随机结构(SQS),采用第一性原理VASP程序,分别对fcc Co-NiX (X=Al,Cr,Re)三元无序合金及其相应子二元合金进行了第一性原理计算。通过Matlab软件,分别采用Muggianu模型、Kohler模型、Toop模型与Chou模型,将SQS计算所得二元系混合能外推得到三元合金的混合能曲线,并与第一性原理计算结果进行比较。结果表明:通过Chou模型外推得到的三元合金的混合能与第一性原理计算值吻合得最好,对于三元系甚至多元系热力学性质的外推,Chou模型能够得到更加合理准确的结果。     

亚稳FCC Ti的点阵常数评估

在高能机械研磨过程以及薄膜和多层复合材料中观察到了亚稳态FCC Ti。但已有文献报道的FCC Ti的点阵常数具有很大差异。采用两种方法研究了亚稳块状(粗晶) FCC Ti的点阵常数:(1)由稳定的含Ti二元FCC合金的试验数据直接外推;(2)二元FCC合金的第一性原理计算。由于大多试验数据来源于纳米尺度的Ti晶体,故在上述两种方法的基础上进一步研究了晶粒尺寸效应对纳米晶FCC Ti点阵常数的影响,最终评估得到的亚稳态FCC Ti的点阵常数与测量值吻合较好。     

Si含量对CrSiN涂层结构和性能的影响

目的在室温条件下,采用物理气相沉积(PVD)磁控溅射沉积方法,通过控制Si靶功率制备具有不同Si含量的CrSiN涂层,以探究Si元素对涂层结构和性能的影响。方法通过X射线衍射、能谱仪测试、纳米压痕测试、维氏硬度压痕测试和摩擦磨损实验,分别评价CrSiN涂层的结构、硬度、韧性和耐磨性能,并通过扫描电子显微镜对压痕形貌进行分析。结果所有CrSiN涂层均呈(111),(200)取向的Na Cl结构。随着Si含量增加,XRD峰呈宽化趋势,晶粒细化效果明显。随Si元素的加入,CrSiN涂层硬度、模量和韧性均呈先增加后降低的趋势。相比Cr N涂层,Si的原子数分数为3.2%时,CrSiN涂层的硬度由21.4 GPa增至35.7 GPa,模量由337.7 GPa增至383.9 GPa,塑性指数由0.5增至0.55,实现了强韧一体化。加入Si元素,CrSiN涂层的耐磨损性能得到改善,且Si的原子数分数为3.2%,磨损率最低,为1.0×10~(-17)m~3/(N·m),提高了约一个数量级。结论 Si元素的加入可以有效改善CrSiN涂层的结构,提高CrSiN涂层的硬度、韧性和磨损性能,但需加入适量的Si,才可实现性能最优化。     

偏压对Cr-Si-N涂层的结构与性能的影响

Cr-Si—N涂层具有较高的硬度,良好的耐磨损抗氧化功能。本文采用磁控溅射沉积方法,以偏压为变量,在三种基片上制备Cr—Si—N涂层。本研究采用X射线衍射仪和扫描型电子显微镜表征偏压对Cr—Si-N涂层的结构的影响;采用纳米压痕仪、残余应力仪、摩擦磨损机等测试偏压对Cr-Si-N涂层的性能的影响。XRD结果显示,随着偏压增加,晶粒变小,并且衍射峰逐渐向小角度偏移。SEM结果显示,随着偏压从0增至-50 V,涂层的柱状晶结构趋于致密化。偏压为0 V,硬度是12.4GPa,偏压增至-50 V,硬度增至35.5 GPa,提高了近两倍。偏压对磨损量影响很小,在偏压为-10 V时,磨损率最小。     

20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜断裂行为的数值研究

基于试验数据,利用扩展有限元方法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM),对20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜的断裂行为进行了数值分析,研究了氧化膜受力方向和孔洞对裂纹生长行为的影响。结果表明：氧化膜受力方向影响裂纹扩展路径,外层氧化膜裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I随着θ角(受力方向与氧化膜的夹角)的增大而减小,当θ角增大到90°时裂纹停止生长;外层氧化膜上孔洞使得裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I减小。同时,孔洞的存在使得外力传递到内层氧化膜时产生应力集中和偏移,导致内层裂纹受力不均,减小了受力方向对内层裂纹生长的影响。     

采用相场法研究γ′相的析出动力学

通过相场法研究了1073K时效过程中Ni-Al高温合金γ′相的析出动力学。结果表明:在形核长大阶段,随Al成分增加,γ′相的生长动力学指数m值总体呈下降趋势,当ρ≈0.5(ρ为γ′相半径与平均半径的比值)时,γ′相数目达到最大,小于该尺寸的γ′相几乎不存在。在γ′相的粗化阶段,γ′相的生长动力学指数m值介于2~3之间,γ′相的生长机制为溶质扩散与界面迁移共同作用的混合机制。粗化阶段γ′相的尺寸分布符合Gamma分布,且粗化后期满足标度律。在γ′相的粗化后期,随时间的延长,γ′相的尺寸均匀性越好,且随Al成分增加,γ′相的粗化机制有从溶质扩散机制向界面迁移机制的过渡。     

γ-TiAl金属间化合物4种剪切变形方式的第一性原理计算

γ-TiAl金属间化合物因其良好的综合性能,具有广泛的应用前景。但是γ-TiAl的室温脆性极大地限制了它的应用。γ-TiAl塑性变形主要产生层错和孪晶。通过第一性原理计算的方法模拟其在[11-2]方向上的剪切变形。采用4种不同剪切变形模型分别计算了应力变化以及能量变化特性。simple和pure模型的结果表明,弛豫过程对晶胞的剪切变形有直接影响,与simple alias相比,pure alias的层错能明显降低。此外,弛豫过程中受到α(91.30°)影响,层错应变点推迟。能量与应力曲线表明,pure alias模型符合理论上形变层错的产生过程,由此得到γ-TiAl的理想剪切强度和层错能。