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Phase Lab鎳基數(shù)據(jù)庫,驅(qū)動高性能Ni-AI-Co-Cr系合金設(shè)計

鴻之微 ? 來源:鴻之微 ? 2024-12-31 10:12 ? 次閱讀

Phase Lab鎳基數(shù)據(jù)庫

驅(qū)動高性能Ni-AI-Co-Cr系合金設(shè)計

鎳基合金以優(yōu)異的高溫強度、耐蝕和耐磨等性能,廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機、燃氣輪機等高溫工作部件以及化工、醫(yī)療和海洋工程等腐蝕性環(huán)境中。其中合金元素的協(xié)同作用,是鎳基合金優(yōu)異性能的重要來源。

基于#CALPHAD#方法,Phase Lab已正式上線12元鎳基合金熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(Ni-Al-B-C-Co-Cr-Mo-Nb-Ta-Ti-V-W),可用于構(gòu)建熱力學(xué)平衡條件下合金成分與物相組成的定量化關(guān)系。當(dāng)前用戶可在鴻之微云平臺點擊試用。 (網(wǎng)址:https://cloud.hzwtech.com/web/personal-space/online-tool/online-phase-lab)

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圖1 Phase Lab鎳基合金熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫首頁

(一) Ni-Al-Co-Cr系合金優(yōu)異性能的內(nèi)因——合金元素的協(xié)同效應(yīng)

Ni-Al-Co-Cr四元系是鎳基合金的核心體系,其中Al是形成γ'相(FCC有序相)的主要元素之一,隨著Al含量的增加,γ'相的體積分數(shù)顯著提升,其溶解溫度也隨之升高,同時形貌由球形轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎襟w狀,從而提升合金的高溫強度。此外,Al元素還能促進形成致密的Al2O3氧化膜,提升合金的抗氧化性能。Co元素主要起固溶強化作用,提升合金的沖擊韌性和塑性。相比于Co,Cr元素的固溶強化效果較弱,但可在晶界上析出M23C6型碳化物,引發(fā)晶界強化效應(yīng)。Cr元素同樣可形成Cr2O3氧化層,提高合金的抗氧化性和耐蝕性。

(二)Phase Lab指導(dǎo)鎳基合金成分設(shè)計

基于Phase Lab軟件并結(jié)合鎳基熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫,開展Ni-Al-Co-Cr四元系熱力學(xué)平衡計算,構(gòu)建Ni-Al-Co-Cr系合金成分-物相組成-溫度的定量化關(guān)系。其中二元系、三元系熱力學(xué)參數(shù)的準確性是Ni-Al-Co-Cr四元以至更高組元體系熱力學(xué)計算的基礎(chǔ)。圖2展示了Ni-Al-Co以及Ni-Al-Cr三元系垂直截面熱力學(xué)平衡計算與相關(guān)實驗數(shù)據(jù)的對比,可用于檢驗Ni-Al-Co以及Ni-Al-Cr三元體系熱力學(xué)參數(shù)的可靠性。

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圖2 Ni-Al-Co體系垂直截面相圖(a)w(Ni)/w(Co)=9;(b)x(Al)=0.85

Ni-Al-Cr體系垂直截面相圖(c)x(Ni) =0.75;(d)x(Cr)=0.05

基于Phase Lab軟件并結(jié)合鎳基熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫,開展Ni-Al-Co-Cr四元系熱力學(xué)平衡計算,可揭示不同合金元素含量對合金物相組成的影響,輔助Ni-Al-Co-Cr系合金的成分優(yōu)化以及組織調(diào)控等。圖3展示了不同Co含量(原子分數(shù))下Ni-Al-Co-Cr四元系等溫截面計算與實驗數(shù)據(jù)的對比結(jié)果,直接揭示不同Al與Cr元素含量對熱力學(xué)平衡條件下的物相組成以及γ(FCC_A1)、γ'(FCC_L12)、α(BCC_A2)、β(BCC_B2)以及σ(SIGMA_D8B)等相區(qū)的影響規(guī)律,為Ni-Al-Co-Cr四元系物相調(diào)控提供精確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

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圖3 不同Co含量下Ni-Al-Co-Cr四元系等溫截面計算相圖

(a) x(Co)=0.19,T=900℃; (b) x(Co)=0.19,T=1100℃; (c) x(Co)=0.19,T=1200℃;(d)x(Co)=0.26,T=900℃; (e) x(Co)=0.26,T=1100℃; (f) x(Co)=0.26,T=1200℃; (g)x(Co)=0.30,T=900℃;(h) x(Co)=0.30,T=1100℃; (i) x(Co)=0.30,T=1200℃

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