热力学计算优化Al-Zn-Mg-Cu合金成分

利用Jmat-Pro热力学相图计算软件模拟Al-Zn-Mg-Cu合金的凝固路径以及该合金中MgZn2、Al2CuMg、Al2Cu和Al2Mg3Zn3相生成数量和生成温度随Zn、Mg和Cu含量变化的关系曲线;分析实验合金的微观组织.检测结果与热力学计算结果一致.热力学计算结果表明,在7150合金的成分优化过程中,当Zn、...     

Au-Ag-Al系相图的热力学优化和计算

使用计算相图方法(CALPHAD)计算Au-Ag-Al的三元相图时,三个边际二元相图(Au-Al,Au-Ag,Ag-Al)的准确性对三元相图的计算有很大的影响,目前Au-Al边际二元相图存在着一定的矛盾。在综合评估Au-Al体系实验数据的基础上,优化和计算了Au-Al合金体系的平衡相图,使用置换式溶体溶液模型描述Au-Al体系中液相、Bcc和Fcc相的吉布斯自由能,分别用亚点阵模型(Al)(Au)4、(Al)3(Au)8、(Al)(Au)2、(Al)(Au)和(Al,Au)2(Al,Au)描述AlAu4、Al3Au8、AlAu2、AlAu和Al2Au相,通过Pandat软件优化得到一组各相的热力学参数,计算得到的Au-Al相图与实验数据和热力学数据相吻合。结合Au-Ag和Ag-Al的热力学参数,计算了Au-Ag-Al液相面投影图和等温截面图,液相面投影图显示该三元系存在8个四相平衡反应,对Au-Ag-Al合金的研究具有指导意义。     

Cu-Ni-Sn三元系相平衡的热力学计算

基于Cu-Ni-Sn三元系的相平衡和热力学的实验信息,采用亚正规溶体模型描述液相和fcc相的Gibbs自由能,为了预测该体系中bcc相的A2-B2有序-无序转变,bcc相的Gibbs自由能采用双亚点阵模型进行描述.利用CALPHAD(相图计算)方法评估了Cu-Ni-Sn三元系各相的热力学参数,计算的富Cu侧相图和热力学性质与实验数据比较一致.并对该三元系中bcc相的A2-B2有序-无序转变及fcc相的溶解度间隙进行了计算.这些计算结果对利用析出强化以及Spinodal分解开发高强度和高导电性的新型Cu基合金的组织设计具有一定的指导意义.     

无铅锡基钎料合金设计和合金相图及其计算

阐述了无铅钎料合金设计的原则, 讨论了合金相图及其计算在无铅锡基钎料合金设计中的作用. 利用相图计算技术筛选了可能代替Pb-Sn共晶钎料合金的Sn-Zn-In三元(x(Zn)＜0.11, x(In)=0.10～0.14)和Sn-Zn-In-Ag四元(x(Sn)=0.800, x(In)=0.090, x(Zn)=0.075, x(Ag)＜0.049)无铅锡基钎料合金. 初步讨论了用相图计算技术在富Sn四元Sn-Zn-In-Ag无铅钎料合金基础上, 添加Bi, Sb等低熔点金属和微量Ce, La等稀土元素以降低贵金属In和Ag的含量, 进一步提高无铅锡基多元合金钎料的综合性能和性能价格比.     

Fe-C-Ta三元系相关系的实验测定与热力学计算

采用差热分析(DTA)测定了Fe-C-Ta三元系中Fe-XC-0.1Ta和Fe-XC-0.5Ta 2个垂直截面,并选取Fe-2.93C-0.1Ta和Fe-2.31C-0.5Ta 2种合金,对其相变过程进行了分析。利用CALPHAD方法,并结合实验数据对该体系的相关系进行了热力学优化。结果表明,计算结果与实验结果符合较好。该体系富铁角的液相面投影存在4个四相恒温反应:Liquid+bcc?fcc+Ta C,Liquid?bcc+Fe_2Ta+Ta C,Liquid?Fe_3C+Ta C+fcc,Liquid+Ta_2C?Ta C+Fe_2Ta,反应温度分别为1443.26、1413.90、1122.42及1508.64℃。Fe-XC-0.1Ta合金和Fe-XC-0.5Ta合金在726.6℃发生共析反应。     

Evolution of intermetallic phases of Al-Zn-Mg-Cu alloy during heat treatment

Al-Zn-Mg-Cu alloy is a favorable choice for aerospace applications requiring good combination of strength and toughness, which is greatly influenced by the coarse intermetallic particles. The evolution of intermetallic particles in an Al-Zn-Mg-Cu alloy during heat treatment was studied by field emission gun scanning electron microscopy （FEG-SEM） and X-ray diffractometry（XRD）. The results show that there are lamellar eutectic structure （α（Al）＋Mg（Zn,Al,Cu）：） and Al7Cu：Fe particles in the solidified structure. The Al7Cu2Fe particles are embedded in the eutectic structure. The content of eutectic structure decreases with the increase of holding time and disappears after 24 h. The size and morphology of Al7Cu：Fe particles exhibit no change during the heat treatment. It is found that the AI：CuMg phase is formed during the treatment at 460 ℃. A transformation process from the primary eutectic phase Mg（Zn,Al,Cu）2 to Al2CuMg is observed, and the transformation mechanism and kinetics are analyzed, The AI：CuMg constituents form in the primary Mg（Zn,Al,Cu）： phase, and grow along the eutectic microstructure.     

Thermodynamic assessment of the Ni-Sb binary system

The Ni-Sb binary alloy system was thermodynamically assessed using CALPHAD approach in this article.Excess Gibbs energies of solution phases,liquid and fcc phases,were formulated using the Redlich-Kister expression.The intermediate phases were modeled by the sublattice model with (Ni,Va)0.5(Ni,Sb)0.25(Ni)0.25 for Ni3Sb_HT phase and (Ni,Va)0.3333(Sb)0.3333(Ni,Va)0.3333 for NiSb phase.The other phases including Ni3Sb,Ni7Sb3,and NiSb2 were treated as stoichiometric compound owing to their narrow composition ranges.Based on the reported thermodynamic properties and phase diagram data,the thermodynamic parameters of these phases were optimized,and the obtained values can reproduce the available experimental data well.     

高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu合金均匀化过程中显微结构演变研究

利用显微镜（OM）、差热分析（DSC）、扫描电镜（SEM）和X衍射（XRD）研究一种高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu合金在均匀化处理过程中的显微结构演变,使用扩散动力学模型推导均匀化动力学方程,用于确认最佳均匀化参数。结果表明：合金的铸态组织中存在严重偏析,非平衡共晶结构包含α(Al)、Mg(Zn,Cu,Al)₂、 S(Al₂CuMg)、θ(Al₂Cu)和富Fe相。当前研究表明均匀化过程中没有发生Mg(Zn,Cu,Al)₂相向S(Al₂CuMg)相的转变,Mg(Zn,Cu,Al)₂相直接回溶。随着均匀化的进行,θ(Al₂Cu)相溶入基体。均匀化后富Fe相仍残留,但随着保温时间的延长,富Fe相中的Zn、Mg元素铸件减少或消失。最佳均匀化参数为440 oC×12 h 468 oC×24 h,这与均匀化动力学的分析相一致。     

Fatigue fracture of high-strength Al-Zn-Mg-Cu alloy

X-ray diffractometry(XRD), optical microscopy(OM), scanning electron microscopy(SEM) were used to study the fatigue fracture of the T7451 Al-Zn-Mg-Cu alloy (470 °C, 60 min+115 °C, 8 h+165 °C, 16 h). The study reveals mainly the microscopic structure of the alloy in the process of crack formation and crack growth. The fatigue fracture is characterized by three zones: fatigue crack source zone, fatigue crack propagation zone and fatigue fracture zone. The fatigue damage preferably incubates at the fractured inclusion particles at or near (about 25 μm) the specimen free surfaces, and these brittle Fe-rich intermetallic inclusion particles are (7–10) μm×(11–14) μm in size. Some features such as “feather-like”, “river and range” and boundary extrusions can be observed in the fatigue propagation zone, and in the fatigue fracture zone the surface is rough and uneven.     

低温球磨制备高热稳定性纳米晶Al-Zn-Mg-Cu合金块体材料

利用液氮球磨和真空热压技术制备纳米晶Al-10Zn-3Mg-1.8Cu(质量分数,%)合金块体材料。采用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对材料在制备过程中的固态相变、晶粒尺寸和热稳定性进行分析。结果表明,材料经过液氮球磨15 h后晶粒尺寸为37 nm,真空热压后材料晶粒保持在100 nm,热挤压后晶粒尺寸约为300 nm,热处理后晶粒尺寸保持不变。材料的高热稳定性原因在于大量合金元素和杂质元素超饱和固溶于Al基体中阻止了晶粒的长大,以及细小析出MgZn2相和Al2O3颗粒对于晶界的钉扎作用。     

Fe-Ti二元体系的热力学重新优化(英文)

为提高Fe-Ti二元系外推到三元或多元体系的能力,应用CALPHAD方法重新优化了该二元系。与前人的优化工作相比,重点放在对两个二元金属间化合物Fe2Ti和FeTi的热力学描述上。因目前普遍采用双亚点阵模型来描述C14_Laves相,所以采用双亚点阵模型来描述Fe2Ti相。通过检验包含Fe-Ti二元系的三元体系Fe-Ti边界上Fe2Ti相的均匀化范围进一步证实了Fe2Ti相的相边界。FeTi相具有BCC_B2晶体结构,因而将其处理成为BCC_A2相的有序相,并且用统一的Gibbs 能函数来描述有序和无序相。另外一个特别关注的方面就是重现这两个化合物的实测热容。计算结果与有关相图和热力学性质实验结果的广泛对比显示两者符合得很好,从而证明了所得热力学描述的有效性。     

一种新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金的析出行为及性能(英文)

对一种新型高强Al-Zn-Mg-Cu合金在单级时效过程中的硬度、强度、电导率变化及相应的析出行为进行系统的研究。结果表明,电导率随着时效温度的升高和时效时间的延长而不断增高。在时效开始阶段,硬度和强度随着时效的进行迅速升高并达到峰值。在120°C时效时,硬度和强度到达峰值后保持稳定,主要的析出相是GPI区、GPII区和η′相。在120°C长时间(直至24h)时效后,GPI区和GPII区仍能稳定存在。在160°C时效时,硬度和强度到达峰值后迅速下降。与120°C时效相比,在160°C时效时,析出过程更快。在160°C时效1h后,未观察到GPI区及GPII区的存在,主要的析出相为η′相。在160°C时效24h后,主要的析出相为η相。     

低温球磨纳米晶Al-Zn-Mg-CU合金组织的演变

利用液氮低温球磨技术制备了纳米晶Al-Zn—Mg—Cu合金粉体,分析了材料在球磨过程中微观组织变化．结果表明,气雾化Al—Zn—Mg—Cu合金粉体随着球磨过程的进行晶粒尺寸逐渐减小,球磨15h后晶粒尺寸约为35nm;MgZn2相逐步分解,并最终过饱和固溶于α—Al中．制备的纳米晶Al—Zn—Mg—Cu合金粉体低于709K（0．77Tm,Tm为熔点）加热时,晶粒长大速度缓慢;709K加热1h晶粒尺寸仅为71nm．研究表明,液氮低温球磨过程中形成的Al2O3颗粒对晶粒的钉扎有效地提高了纳米晶Al-Zn—Mg—Cu合金粉体的热稳定性．     

喷射成形含锰Al-Zn-Mg-Cu合金的显微组织

为提高Al-Zn-Mg-Cu合金的强度,利用喷射成形的方法制备了含锰Al-Zn-Mg-Cu合金锭,并利用X射线衍射（XRD）、光镜（OP）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和示差扫描热分析（DSC）研究了其微观组织特征。结果表明：喷射沉积坯主要由晶粒尺寸为5～25μm的细小等轴晶粒、MgZn2和Al6Mn相组成。纳米级的MgZn2颗粒弥散分布于基体,而平均尺寸为5μm的Al6Mn一次相颗粒沿晶界析出。沉积合金中也发现了少量的CuAl2,Al3Zr和共晶组织。沉积坯中缩孔疏松的体积分数约为12%。DSC分析结果说明大部分溶质原子在喷射成形过程中析出,在450℃以下的加热过程中没有明显的热反应发生。随着退火温度的升高,基体晶粒和Al6Mn颗粒单调长大,但Al6Mn颗粒的长大速率显著低于基体晶粒的长大速率。当退火温度高于375℃时,基体晶粒迅速长大。     

Thermodynamic database of the phase diagrams in the Mg-Al-Zn-Y-Ce system

The Mg-Al-Zn-Y-Ce system is one of the key systems for designing high-strength Mg alloys. The purpose of the present article is to develop a thermodynamic database for the Mg-Al-Zn-Y-Ce multicomponent system to design Mg alloys using the calculation of phase diagrams （CALPHAD） method, where the Gibbs energies of solution phases such as liquid, fcc, bcc, and hcp phases were described by the subregular solution model, whereas those of all the compounds were described by the sublattice model. The thermodynamic parameters describing Gibbs energies of the different phases in this database were evaluated by fitting the experimental data for phase equilibria and thermodynamic properties. On the basis of this database, a lot of information concerning stable and metastable phase equilibria of isothermal and vertical sections, molar fractions of constituent phases, the liquidus projection, etc., can be predicted. This database is expected to play an important role in the design of Mg alloys.     

淬火析出对Al-Zn-Mg-Cu合金时效行为的影响(英文)

采用硬度测试、光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)和差示扫描量热法(DSC)研究淬火和时效(T6、T7、RRA)对Al-Zn-Mg-Cu合金微观组织的影响。研究发现水淬合金经T6时效后的硬度最高。T7和RRA时效后样品的淬火敏感性相当,较T6时效的高1.2%。TEM观察表明,合金的淬火敏感性主要是由缓慢冷却时非均匀析出引起的。大量η相在再结晶晶粒内的Al3Zr弥散粒子和(亚)晶界上形核,而S和T相在有高密度位错和缺陷的亚结构区生成。时效后,平衡η相周围的η'相更加粗大。经T6、T7、RRA处理后,这些析出相的尺寸和形貌呈现出不同的特征。DSC结果与TEM观察结果一致。T6态的DSC曲线和T7、RRA态的不同,反映了不同的微观组织。     

Mg-Zn-Si体系的相平衡计算及应用

利用Calphad方法重新评估了Mg-Si二元系的液相,并结合Mg-Zn和Zn-Si二元系热力学数据,外推得到Mg-Zn-Si三元系热力学参数;同时根据Mg2Si-MgZn2伪二元相图实验数据评估了Mg-Zn-Si系的液相三元相交互作用参数,计算相图与实验数据较一致。利用Scheil凝固模型模拟了Mg-2.33Zn-0.9Si(at%)合金的凝固过程,预测了镁合金在铸造冷却过程中的相演变信息,模拟计算结果与实验结果吻合较好     

固溶处理对喷射沉积含镍高强Al-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响

采用喷射沉积技术制备Al-8.2Zn-2.2Mg-2.1Cu-0.14Zr-1.0Ni(质量分数,%)合金沉积坯,沉积坯经热挤压变形后在不同温度固溶处理,然后在(130 ℃, 24 h)条件下进行T6时效处理.通过对组织和性能分析,确定最佳固溶处理工艺.结果表明:加入1%Ni后沉积坯晶粒细小均匀,平均直径为15 μm左右;在晶界和基体中有富Ni的Al_3Ni_2、Al_7Cu_4Ni 、MgNi_2第二相粒子出现,这些粒子在合金中主要起到弥散强化的作用;溶质元素Zn、Mg、Cu的沉淀析出强化与球形富Ni粒子的弥散强化共同作用是使含1%Ni-7055铝合金具有高强度高塑性的主要因素;经挤压变形(λ=3)和(475 ℃, 1.5 h)+(130 ℃, 24 h)热处理后,合金管材纵向抗拉强度可达到690 MPa、伸长率为9.6%、布氏硬度为HB192.