三元准晶形成判据及其在Al-Fe-Ni、Ti-Zr-Ni系中的应用

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 9次 | 上传用户:DrunkenLion
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本文主要由两部分构成。 在第一部分(第二章),我们总结了三元准晶系的相图特征,归纳出形成三元准晶的定量成份判据,提出设计和优化准晶成份的实用方法。我们发现,三元准晶系相图普遍存在等电子浓度线和变电子浓度线特征。 等电子浓度线特征指准晶和晶体类似相为一组有相近电子浓度值的电子相,位于相图上的一条电子浓度线附近,体现出三元准晶与其类似相在电子结构和晶体结构上的相似性。不同类型的准晶具有不同的特征电子浓度值:含少量过渡金属组元的Mackay型稳定准晶的e/a值接近1.86,无过渡金属组元的Frank-Kasper型稳定准晶的e/a值则接近2.10。而完全由过渡族金属元素构成的Ti-Zr-Ni准晶的名义价电子浓度在1.20附近。等电子浓度线在相图中的具体位置可通过相应的相图特征来确定。含少量过渡金属组元的Mackay型稳定准晶合金系的“等电子浓度线”的端点对应于二元准晶类似相。在相图上,二元准晶类似相的成分点落在包晶(析)点附近。对于不含过渡金属组元的常规Frank-Kasper型稳定准晶,其“准晶等电子浓度线” 可以通过计算直接在相图中确定位置。 本文首次发现的变电子浓度线由三元准晶、二元准晶和第三组元的连线构成,它反映了三元准晶与二元准晶在原子团簇结构上的相关性,即在线上的合金相含有相近的原子团簇。亚体系二元准晶的成份可以通过二十面体刚球模型初步确定,而合适的第三组元必须满足两个条件:其一,它的加入有利于二元准晶的电子浓度向Mackay型准晶的理想值1.86逼近;其二,该元素的原子半径应介于基体准晶大、小组元之间,并尽量与小组元的大小接近。对于常规Frank-Kasper型稳定准晶,其“准晶变电子浓度线” 常具有鲜明的原子尺寸特征,以“等原子尺寸线”形式存在,其在相图中的具体位置可由与准晶相关的Frank-Kasper型1/1类似相来确定。 由此,我们获得了三元准晶的成份判据,即理想的准晶成份位于等电子浓度和变电子浓度的交点。该判据为优化和寻找三元准晶理想成份提供了切实可行的新方法。 在论文的第二部分(第三至六章),我们将上述准晶成份判据用于Al-Fe-Ni和Ti-Zr-Ni系中准晶的成份设计和优化。 我们经实验验证,发现Al-Fe-Ni合金系中存在D-Al72.6Fe14.6Ni12.8和D′-Al70.5Fe10Ni19.5两种十次准晶,它们分别与AlFe和AlNi二元十次准晶相关。并与成份判据预测结果一致,修正了前人结果。 我们还证实,完全由过渡族金属元素构成的Ti-Zr-Ni准晶系相图也具有鲜 摘要(Abstract)明的等电子浓度和变电子浓度特征。一方面,TIZr-Ni准晶具有很宽的形成区域,(TIxZll00.)。0,NI,(43.755XS81.25 st.%,17*yS20 st.%),整个成份区域沿着等电子浓度线方向伸展。TIZrNi准晶的名义价电子浓度接近1.20。另一方面,Ti。Ni上r准晶变电子浓度线体现了线上合金相共有的原于团簇的长大路径。根据判据得出的Ti-Zr-Ni准晶最佳成份点应位于Ti物Zr叩。附近,并经过我们的实验验证。该准晶在973K温度以下能够稳定存在,在973K,准晶将发生分解,形成p1i亿r+C’‘共晶组织;当温度到达 1110K时,共晶组织发生熔化,进入液相区。在Ti-ZrNi系准平衡相图上,准晶相区不与液态相区相邻。Ti.ZrNi准晶不存在确切的熔点。在准晶形成的成份区间内,必须达到一定的过冷度,才能从熔体中直接形成准晶。 在准晶基体中引入a.Ti亿r 固溶体韧性相可以改善准晶材料的室温形变能力。TIZrNi准晶基合金具备相对良好的室温变形能力和机械强度:压缩强度超过 1000MPa,最大应变值达到 5.2%,是川基准晶 5倍。其室温断裂方式为解理/准解理断裂,属脆性断裂。 我们还在展望中指出,三元准晶的形成判据不仅能指导准晶成份的优化和设计,而且这种基于相图的合金成份设计方法可以推广到多元体系合金相,例如该设计思想在Zr.AINi块状非晶合金成份设计中得到成功应用。
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