Mg-Al-Zn-Y-Th五元系镁基合金相图的计算及热力学数据库建立

摘要

镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料，其比强度和比刚度大，具有良好的铸造性能、好的导热性、电磁屏蔽性能、机械加工性能、阻尼性能以及再加工回收特性，在航空航天、汽车、电子等领域正得到日益广泛的应用。为了更有效地优化合金成分、选择合理的工艺来改进合金性能，有必要掌握相图和热力学信息。本论文基于计算相图的方法(CALPHAD)，对Mg-Al-Zn-Y-Th五元系的相图进行热力学优化与计算，并在此基础上建立该五元系的热力学数据库， 主要研究工作如下： (1)系统地收集、整理、分析了Mg-Th和Al-Th两个二元系的相图及热力学性质的实验数据，并运用CALPHAD方法，首次对Mg-Th和Al-Th两个二元系的相平衡进行了热力学优化与计算，计算的Mg-Th和Al-Th两个二元系相图和热力学性质与实验数据基本一致。结合文献报道的Mg-Al二元系的热力学参数，外推计算了Mg-Al-Th三元系在327℃、427℃和527℃的等温截面相图。 (2)系统地收集、整理、分析了Zn-Y二元系的相图及热力学性质的实验数据，并基于相图计算(CALPHAD)方法，对Zn-Y二元系进行了热力学优化与计算。根据已报道的Al-Zn-Y三元系相图的实验数据和其它两个基础二元系Al-Zn和Al-Y的热力学参数，计算了Al-Zn-Y三元系的相平衡，计算的300℃(2、500℃的等温截面相图与实验数据吻合得很好。 (3)系统地收集、整理、分析了Zn-Th和Y-Th两个二元系的相图及热力学性质的实验数据，并运用CALPHAD方法，首次对Zn-Th和Y-Th两个二元系的相平衡进行了热力学优化与计算，计算的Zn-Th和Y-Th两个二元系的相图和热力学性质与实验数据吻合很好；同时结合本论文已经优化的Zn-Y二元系的热力学参数，外推计算了Zn-Y-Th三元系在627℃、727℃、927℃的等温截面相图。 (4)根据本研究建立的Mg-Al-Zn-Y-Th五元系热力学数据库，外推计算了Mg-Zn-Th、Mg-Y-Th两个三元系的部分等温截面相图和Mg-xAl-1Zn-1Y和Mg-xZn-1.8Th-1Y四元系的纵断面相图，并对Mg-9Al-1Zn-1Y、Mg-9Al-1Zn-1Y-1Th和Mg-2.2Zn-0.7Y-3Th三种成分合金体系的平衡凝固过程进行模拟。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1镁及镁合金的特点与应用

1.2镁合金的国内外研究与发展现状

1.2.1国外研究与发展现状

1.2.2国内研究与发展现状

1.3相图计算原理与方法

1.3.1相图计算的发展过程

1.3.2相图计算的原理

1.3.3相图计算的过程

1.3.4相图计算的优点

1.4相图与材料设计

1.4.1材料设计的概念与途径

1.4.2相图及其在材料设计中的应用

1.5镁合金相图

1.6本论文的研究目的、意义及内容

参考文献

第二章Mg-Al-Th三元系相图的热力学优化与计算

2.1引言

2.2 Mg-Al-Th三元系相图的研究信息

2.2.1 Mg-Th二元系

2.2.2 Al-Th二元系

2.2.3 Mg-Al二元系

2.2.4 Mg-Al-Th三元系

2.3热力学模型

2.3.1纯组元

2.3.2固溶体相

2.3.3化学计量比化合物

2.4优化计算过程

2.5计算结果与讨论

2.5.1 Mg-Th二元系

2.5.2 Al-Th二元系

2.5.3 Mg-Al-Th三元系

2.6小结

参考文献

第三章Al-Zn-Y三元系相图的热力学优化与计算

3.1引言

3.2 Al-Zn-Y三元系相图的研究信息

3.2.1 Zn-Y二元系

3.2.2 Al-Zn二元系和Al-Y二元系

3.2.3 Al-Zn-Y三元系

3.3热力学模型

3.3.1纯组元

3.3.2固溶体相

3.3.3化学计量比化合物

3.3.4二元化合物相延伸到三元系

3.4优化计算过程

3.5计算结果与讨论

3.5.1 Zn-Y二元系

3.5.2 Al-Zn-Y三元系

3.6小结

参考文献

第四章Zn-Y-Th三元系相图的热力学优化与计算

4.1引言

4.2 Zn-Y-Th三元系相图的研究信息

4.2.1 Zn-Th二元系

4.2.2 Y-Th二元系

4.3热力学模型

4.3.1纯组元

4.3.2固溶体相

4.3.3化学计量比化合物

4.4优化计算过程

4.5计算结果与讨论

4.5.1 Zn-Th二元系

4.5.2 Y-Th二元系

4.5.3.Zn-Y-Th三元系

4.6小结

参考文献

第五章Mg-Al-Zn-Y-Th五元系热力学数据库的建立及其应用

5.1 Mg-Zn-Th，Mg-Y-Th三元系等温截面相图的计算

5.2 Mg-xAl-1Zn-1Y和Mg-xZn-1.8Th-1Y四元系纵断面相图的计算

5.2.1 Mg-xAl-1Zn-1Y四元系纵断面相图的计算

5.2.2 Mg-xZn-1.8Th-1Y四元系纵断面相图的计算

5.3合金的凝固过程分析

5.3.1 Mg-9Al-1Zn-1Y合金的凝固过程分析

5.3.2 Mg-9Al-1Zn-1Y-1Th合金的凝固过程分析

5.3.3 Mg-2.2Zn-0.7Y-3Th合金的凝固过程分析

5.4小结

参考文献

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

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