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在Co-Fe-Gd三元系合金体系的热力学优化评估的基础之上,应用CALPHAD技术,研究此三元非晶合金的玻璃形成能力.本文分析了800 K时Co-Fe-Gd合金中各元素含量对非晶形成能力的影响,预测了非晶形成的最优成分,计算过冷液相中的结晶相形成驱动力.通过与部分实验和非晶共晶点准则的比较可见,本文所做的热力学分析对此三元合金的非晶制备具有一定的理论指导意义.

关键词: Co-Fe-Gd非晶合金 , CALPHAD技术 , 玻璃形成能力

相平衡分析在Nb-Si基高温合金制备中应用

耿太 , 李长荣 , 郭翠萍 , 杜振民 , 刘妙 , 赵新青

材料热处理学报

在相平衡热力学计算的基础上,利用Scheil-Guilliver模型,计算了Nb-Si-Mo三元体系中不同成分合金的凝固途径.同时,根据Nb-Si-M(M=Ti、Mo、W、Al、Cr、B、Hf)三元系富Nb-M边的液相面投影图及相平衡关系,分析了各合金元素对Nb3Si相的稳定能力,以及对Nbss+Nb5Si3双相区的影响.计算结果与对应合金的显微组织分析相一致,表明相平衡分析有利于设计合金成分、模拟凝固过程、控制合金组织,对于Nb-Si基高温合金的设计与制备具有重要的指导意义.

关键词: Nb-Si基高温合金 , 相平衡分析 , 凝固过程模拟 , 显微组织控制

Ni基高温合金共格强化相平衡形状的能量分析

陈思成 , 李长荣 , 杜振民 , 郭翠萍 , 李志风 , 张麦仓

材料热处理学报

采用三维有限元方法计算了不同形状因子的γ强化相在基体为γ相的Ni基高温合金中引起的弹性应变能密度，进而建立了以形状因子为变量的弹性应变能密度表达式。通过最小化γ′强化相引起的弹性应变能和界面能之和，得到了γ′强化相的平衡形状与其特征半径之间的函数关系。本文的分析很好地解释了文献报道的Ni基高温合金中γ′强化相形状演变的实验规律，结果表明：通过三维有限元法结合强化相粒子形状近似法计算模型，可以给出复杂情况下强化相粒子引起的弹性应变能密度的表达式，并有效地应用于材料共格相变的热力学研究。

关键词: 时效硬化 , 共格平衡 , 弹性能 , 有限元方法

Mg-Zn合金时效过程中GP区析出的热力学分析

王晓亮 , 李长荣 , 郭翠萍 , 杜振民 , 何维

金属学报 doi:10.3724/SP.J.1037.2009.00708

利用显微硬度、XRD及TEM分析了Mg-1.9Zn(原子分数,%)二元合金时效硬化现象及GP区的形态和出现的温度范围.研究结果表明:在343和383 K时效过程中,过饱和固溶体中发生Zn原子偏聚,形成形态不同的GP区;在423 K时效,硬化峰值出现较早,没有典型GP区出现.利用本文优化获取的镁基同溶体相的热力学参数,给出镁基过饱和同溶体存在亚稳态溶解度间隙和溶质原于偏聚GP区时Gibbs自由能曲线的特征形式,确定了具有GP区析出效应的Mg-Zn体系的合金成分范围和时效温度区间.

关键词: Mg-Zn合金 , 低温时效 , GP区 , 热力学分析

气相分压对Co-Ni-Sb三元热电材料体系相平衡和相稳定性的影响

张玉碧 , 李长荣 , 杜振民 , 郭翠萍 , 赵永涛 , 汤安

功能材料 doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.016

依据Co-Ni-Sb三元系凝聚态的热力学优化评估和气相组分的热力学数据,利用Thermo-calc软件从热力学角度分析了气相压力对该体系中二元和三元体系的相平衡和相稳定性的影响.结果表明,气相压力减小到一定程度,Co-Ni、Co-Sb、Ni-Sb和Co-Ni-Sb体系中的化合物发生分解,出现气-液-固三相平衡区;计算的三相平衡温度-压力图(T-P图)表明各化合物都存在发生分解的临界压力和临界温度,在临界压力之上或临界温度以下,凝聚相间保持与常压下基本相同的相平衡关系.通过真空条件下Ni/ηCoSb3三元扩散偶测定的Co-Ni-Sb三元系1073 K等温截面,验证了计算的相平衡关系.研究结果为制备含Ni方钴矿热电材料ηCoSb3的工艺设计提供了热力学参考.

关键词: 热电材料 , Co-Ni-Sb三元系 , 气相压力 , 相平衡 , 相稳定性

镍基高温合金GH4706析出相的热力学计算与分析

李奇 , 秦鹤勇 , 郭翠萍 , 孟晔 , 郑磊

钢铁研究学报 doi:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20160239

应用Thermo-Calc热力学计算软件,模拟元素含量及热处理温度对镍基高温合金GH4706平衡相析出规律的影响.结果表明:平衡析出相的种类和析出温度范围与微观组织观测和差热分析的实验结果基本一致.MC碳化物的初始析出温度随Nb、Ti含量增加而降低,而析出量主要受C含量影响;η相初始析出温度与析出量随Ti含量增加而增大,受Nb、Fe影响较小;γ'相初始析出温度与析出量随Al含量增加而升高,受Ti、Nb含量影响较小;合金凝固过程中Nb、Ti会产生显著正偏析,Cr产生负偏析;Nb、Ti含量增加提高合金初熔点,降低合金的终熔点,使凝固温度范围变窄.

关键词: 热力学计算 , 平衡析出相 , 高温合金GH4706

Ni-Yb 二元系的热力学评估

朱代漫 , 李长荣 , 郭翠萍 , 杜振民 , 李均钦

中国有色金属学报(英文版) doi:10.1016/S1003-6326(16)64202-4

基于文献报道的相平衡和热化学实验数据，利用相图计算(Calphad)方法对 Ni?Yb 二元系进行热力学评估。考虑到液相混合焓在25% Yb(摩尔分数)附近有急剧变化，液相采用缔合物模型，组份为 Ni、YbNi3和 Yb；端际固溶体相包括 FCC_A1(Ni)、FCC_A1(Yb)和 BCC_A2(Yb)，均采用亚规则溶体模型，并按照 Redlich?Kister 多项式进行描述；中间化合物 Yb2Ni17、YbNi5、YbNi3、YbNi2、α-YbNi 和β-YbNi 都没有明显的固溶度实验数据，均按严格计量比处理。优化得到的 Ni?Yb 二元系热力学参数自洽合理，能够很好地再现该体系的热化学性质和相图数据。

关键词: Ni-Yb 二元系 , 热力学评估 , 相图计算技术

计算材料热力学与镁合金设计

李长荣 , 郭翠萍 , 杜振民

中国材料进展 doi:10.7502/j.issn.1674-3962.2015.01.03

计算材料学经过近30年的发展，已形成针对材料不同层次和尺度的理论模型，包括第一性原理计算、分子动力学、蒙特卡洛模拟、相场理论、CALPHAD技术及有限元分析等。其中计算材料热力学在多层次跨尺度材料设计中占据重要的地位。通过计算材料热力学获得的多元合金体系的相关系、相组成和相对量、相转变驱动力及其它热化学数据等基础性研究成果，将直接服务于相关材料的设计与研发。简要介绍了计算材料热力学的发展历程及其基本原理，结合Mg基合金设计过程，基于建立的部分Mg合金体系的热力学数据库，从固溶强化、时效强化、析出强化、晶粒细化、非晶形成能力等方面，对Mg合金体系的热力学评估方法和研究现状进行了概述，并根据Mg合金热力学数据库中关于Mg-Zn-Zr／Ca体系的热力学特征函数，计算相平衡关系，示例分析了Mg-Zn合金中Zr和Ca的合金化作用。

关键词: 计算材料热力学 , CALPHAD 技术 , 材料设计 , Mg合金