密排六方结构Mg-Nd-Gd系合金时效亚稳相的3D多尺度模拟研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51574206
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:65.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0412.有色金属冶金
- 结题年份:2019
- 批准年份:2015
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2016-01-01 至2019-12-31
- 项目参与者:杨晓敏; 杨玲; 张朝彦; 王冰; 马庆爽; 佟乐乐; 侯超杰;
- 关键词:
项目摘要
The high-strength light weight magnesium alloy materials are causing people’s great interest because of the demands for energy-saving, environmental protection and green manufacturing. However, the drawbacks such as low creep resistance, yield strength, ductility and oxidation resistance limit its application as a structural material. The rare earth elements such as Nd and Gd added to magnesium alloy show good effects of solid solution strengthening and precipitation strengthening, and the main strengthening phase is the meta-stable precipitation phase which is coherent to the matrix, but its corresponding precipitation sequence and mechanism is not yet clear. So, it’s significant to study the precipitation mechanism of Mg-Nd、Mg-Gd、Mg-Nd-Gd alloys under elastic field. Here, the Micro Phase Field Method-MPFM for fcc alloys system based on atom-phase-microstructure scale will be mainly employed, and the 3-Dimensional (3D)MPFM for hcp Magnesium alloys will be developed, some required parameters will be acquired by First Principles Method-FPM based on electronic-atomic scale. The potential precipitates, occupied sites, order-disorder, clustering, volume fraction, scaling law etc. of metastable phases for different Mg-Nd, Mg-Gd, Mg-Nd-Gd alloys at different degree of elastic field will be calculated, and the project planned to focus on studying the early precipitation sequence, the middle metastable phenomenon, the later coarsening law and the whole course morphology evolution of precipitates. Then the results will be compared with thermodynamic and mechanical properties of first-principles calculation to study the macroscopic properties of each metastable phase, such as thermodynamic stabilities, strength and plasticities, and will be verified through experiments. The project can help to provide a method for component and strengthening design of Mg-Nd, Mg-Gd, Mg-Nd-Gd alloys and extend the application of phase field simulation, and we expect to match a kind of multi-scale dynamic process description approaching the fact well without given model and route for the first-principles calculation.
当前,轻质、高强镁合金因较低的抗高温蠕变性、屈服强度、延展性等,限制了其应用范围。Nd、Gd等元素的添加兼具固溶和沉淀强化作用,与基体共格的主要强化相的沉淀过程尚未明确,因此,探明Mg-Nd-Gd系合金的沉淀机制具有重要意义。本项目采用基于相-组织尺度的面心立方(fcc)微观离散格点相场法,从基于电子-原子尺度的第一性原理计算中获取参数,构建三维密排六方(hcp)晶格微观相场模型,计算Mg-Nd、Mg-Gd、Mg-Nd-Gd合金在不同程度弹性场下沉淀相的序列、析出机制、原子占位、有序-无序、簇聚、体积分数、标度律等,重点研究早期析出序列、中间亚稳现象、后期粗化规律、全程形貌演化;之后再与第一性原理热力学、力学性质计算相耦合,研究各亚稳相的热力学稳定性、强度、塑性等宏观性能,并进行实验验证。本项目可拓展相场、第一性原理方法的适用范围,并为稀土镁合金的强化设计提供一种多尺度研究思路。
结项摘要
本项目采用3D多尺度模拟研究了密排六方结构Mg-Nd-Gd系合金时效亚稳相。不同压力下β″-Mg3Gd和β′-Mg7Gd化合物的第一性原理研究表明β′-Mg7Gd在应力-应变过程中能够承受更大的压力,且在压力下两种化合物的延性可以得到改善。通过计算这两种化合物的热力学性质,可以为相场法建模提供一系列的参数(例如:吉布斯自由能,熵值,焓值,热膨胀系数等)。不同压力下β′-Mg7Gd合金德拜温度和零点能量的变化明显大于β"-Mg3Gd,且β′-Mg7Gd可以在高温吸收更多的热量。β1-Mg3Gd、β1-Mg3Nd、β'-Mg7Gd和β'-Mg7Nd合金的计算结果表明β'-Mg7Gd抗弹性、抗剪切和抗体积变形能力优于β'-Mg7Nd。这四种合金以共价键结合为主,且β1-Mg3Gd键性最强。随后采用相场法模拟了Mg-Nd-Gd系合金体系包括形核、长大和粗化在内的整个沉淀过程,阐明了合金微结构转变机制与成分及弹性能的响应关系。相分离早期阶段通过调幅分解机制形成富Gd相,随着内部成分的逐渐升高,最终形成稳定的Mg7Gd析出相。Gd含量与有序Mg7Gd结构析出速率呈正相关。弹性能的加入可以使析出相向弹性软方向生长,其形貌由球状变为椭球状或棒状。最后采用感应熔炼制备了Mg-Nd-Gd系合金并对其进行固溶和时效处理,着重分析了显微组织、力学性能及时效硬化行为,通过与模拟结果对比进行更为系统的模拟研究。
项目成果
期刊论文数量(51)
专著数量(0)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(0)
专利数量(22)
Al-Cu-Fe-Cr准晶增强铝基复合材料的研究
- DOI:--
- 发表时间:2018-08
- 期刊:材料导报
- 影响因子:--
- 作者:袁野;王一帆;侯华;赵宇宏;田晋忠
- 通讯作者:田晋忠
石墨烯纳米片增强铝基复合材料的制备及研究
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:特种铸造及有色合金
- 影响因子:--
- 作者:梁建权;赵宇宏;陈利文;张婷;李沐奚;侯华
- 通讯作者:侯华
挤压铸造工艺参数对ZL101铝合金性能影响的显著性分析
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:铸造技术
- 影响因子:--
- 作者:付田田;陈利文;侯华;赵宇宏
- 通讯作者:赵宇宏
Cr3+ and Ni2+ Co-doped Spinel Oxide Cathode with Improved Capacity and Voltage Stability in Thermal Battery for Geothermal Borehole
地热钻孔热电池容量和电压稳定性提高的 Cr3 和 Ni2 共掺杂尖晶石氧化物阴极
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:Chinese Journal Of Inorganic Chemistry
- 影响因子:0.7
- 作者:Hengxu Song;Yongqiang Niu;Yuhong Zhao;Dongxiao Lian;Jingxia Ren;Yanyan Zhang;Hua Hou
- 通讯作者:Hua Hou
Fe-C合金枝晶生长的三维相场模拟
- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:特种铸造及有色合金
- 影响因子:--
- 作者:康永生;赵宇宏;侯华;佟乐乐;田晋忠;陈利文
- 通讯作者:陈利文
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- 通讯作者:侯华
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- 通讯作者:侯华
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- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:热加工工艺
- 影响因子:--
- 作者:郝大庆;侯华;赵宇宏;李海峰
- 通讯作者:李海峰
其他文献
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