新型TiAl基合金的相关系和合金化机制研究

添加合金元素Nb、B和Cr可以显著提升TiAl基合金的综合性能。然而由于缺乏多元体系的相平衡信息，这些元素在TiAl基合金中的交互作用，在各个相中的分配、溶解度和点阵占位，相比例、相成分随温度和合金成分的变化关系等合金化的本质问题直到现在仍不是非常清楚。本项目拟在CALPHAD方法框架下，采用相平衡实验、量子力学第一性原理计算和热力学优化相结合的方法，建立一套精确描述Ti-Al-Nb-B-Cr体系的热力学参数。在此基础上，利用相平衡热力学分析方法，计算合金元素在不同相中的溶解度、分配以及点阵占位等揭示合金化机制本质的信息，揭示不同合金元素之间的交互作用，提出基于相平衡热力学的成分设计和热处理工艺优化依据。本项目的完成，可望为新型TiAl基合金的成分设计和工艺优化提供一种科学方法，并为微观组织演化的动力学模拟提供基础数据，以期显著降低TiAl基合金研制的成本。

TiAl基合金具有熔点高、密度低、比屈服强度和比刚度高、抗氧化、抗腐蚀性和阻燃性能优良等优点，在发动机和涡轮机的高温部件有广泛的应用前景。添加合金元素Nb、B和Cr可以显著提升TiAl基合金的综合性能，确定这些元素在TiAl基合金中的交互作用，在各个相中的分配、溶解度和点阵占位，相比例、相成分随温度和合金成分的变化关系等合金化的本质问题对于TiAl基合金的发展具有重要意义。. 本项目在相图计算方法（CALPHAD）框架下，首先确定了描述体系中各个相的热力学模型。然后采用相平衡实验、量子力学第一性原理计算和热力学优化相结合的方法，确定了B-Cr、Cr-Nb子二元系、Al-Cr-Ti、Al-Cr-Nb、 Al-B-Cr、Cr-Nb-Ti、B-Cr-Nb和B-Cr-Ti子三元系的热力学模型参数。在此基础上，结合文献中报道的其它子二元系和子三元系的热力学模型参数，建立了描述Ti-Al-Nb-B-Cr体系41个相热力学性质的五元热力学数据库。. 依据Ti-Al-Nb-B-Cr五元热力学数据库，利用相平衡热力学分析方法，计算了合金元素在不同相中的溶解度、分配以及点阵占位等揭示合金化机制本质的信息，揭示了不同合金元素之间的交互作用，提出基于相平衡热力学的成分设计和热处理工艺优化依据。本项目的完成，可望为新型TiAl基合金的成分设计和工艺优化提供一种科学方法，并为微观组织演化的动力学模拟提供基础数据，以期显著降低TiAl基合金研制的成本。