多元铝合金相图热力学、热物性质数据库及其应用

精确的热力学、热物性质数据库是对多元多相材料制备过程中微观结构演变定量描述的关键。高性能铝合金作为航空航天和国民生产用重要结构材料,其制备工艺的优化和设计一直备受关注。首先概述了多元多相铝合金热力学数据库构筑的方法及其最新研究进展,重点介绍了多元多相铝合金相平衡的测定方法和TEM、3DAP及第一原理计算在铝合金热力学数据库构筑中的辅助作用。随后介绍了多元多相铝合金扩散系数、粘度、摩尔体积数据库构筑的最新研究进展。给出3个实例介绍了热力学数据库和热物性质数据库在铝合金凝固过程中微观结构演变模拟的应用。最后简单总结了多元铝合金热力学和热物性质数据库目前面临的问题和挑战。

直接电解生产多元铝合金的微观组织

本研究在实验室中模拟工业电解槽实现直接电解生产含钛、硼、稀土多元微合金化铝合金。通过重熔后对其微观组织进行分析,发现在Ti含量相近时,电解法生产的Al-Ti-B晶粒细化效果比Al-Ti好,电解法生产的Al-Ti-B-La晶粒细化效果比Al-Ti-B好,而电解法生产的Al-Ti-La的晶粒细化效果没有Al-Ti好;并分析其细化机理。

多元铝合金阳极性能研究

本文研究了添加元素含量均在0.2％以下的多元铝合金的阳极行为:在NaCl溶液中具有较高活性,大电流阳极溶解时极化小;在Na_2SO_4溶液中也有很高的活性,阳极溶解电流密度i<40mA/cm^2时,析氢速度很小,但i>40mA/cm^2时,析氢速度急剧增大;400℃热处理对铝合金阳极极化电位没有影响,但对阳极溶解时的析氢速度有抑制作用,使阳极电流效率达96％以上,其中D合金虽然极化很大,但阳极电流效率高达98％以上。

基于微观偏析统一模型及Thermo-Calc的三元合金凝固路径耦合计算

将合金凝固微观偏析统一模型推广到三元合金凝固微观偏析的预测,并提出了能够计算三元匀晶与共晶合金凝固路径的数值计算方法.实现了在源代码层次上与热力学计算软件Thermo-Calc及其数据库的耦合,以获取多元合金凝固路径计算所需的凝固热力学数据.通过Fe-40V-40Cr,Al-4.5Cu 1.0Si.Al 10Cu 2.5Mg和Al-1.49Si-0.64Mg(质量分数,%)等多元/多相合金在不同冷速下凝固路径的实例计算,以及与相应的凝固组织定量金相实验结果对比,验证了本文多元/多相凝固模型和算法的正确性.

多元Al-7Si-0.3Mg合金热疲劳裂纹萌生与扩展行为

研究了在不同温度下的3种不同处理状态的多元Al-7Si-0.3Mg铝合金热疲劳性能,提出了用积分方法及割线法计算热疲劳裂纹扩展寿命,并对合金的热疲劳裂纹生长行为进行了分析。结果表明:温度变化对多元Al-7Si-0.3Mg铝合金的热疲劳裂纹扩展速率有直接的影响,添加了Cu、Mn、Ti等元素的多元Al-7Si-0.3Mg合金在细化变质处理和直接细化变质处理后的热疲劳性能优于铸态Al-7Si0.3Mg合金。热疲劳裂纹的萌生需经历一定的孕育期,裂纹萌生于V型缺口处,当交变热应力超过合金的屈服强度σs时,沿着V型缺口的应力集中部位或缺陷处会出现不同类型的热疲劳裂纹,但有且只有1条主裂纹。当裂纹尖端扩展路径与第二相颗粒长轴方向形成小于45°的夹角时,裂纹扩展将沿着第二相颗粒的边缘继续向前扩展;当裂纹尖端扩展路径与第二相颗粒短轴方向形成小于45°的夹角时,裂纹将穿过第二相颗粒,继续向前扩展。