【摘 要】
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镁合金由于其密度小、比强度和比刚度高、阻尼性和生物相容性良好,被广泛应用于汽车领域、3 C电子工业领域、航空航天领域和生物医学领域。但当前镁合金消耗量远落后其发展潜力,新型轻质镁合金的设计开发已成为研究热点。以CALPHAD（相图计算）为代表的材料设计手段,摆脱了传统实验的试错法,缩短了材料研发周期,被认为可加速镁基合金材料的设计研发。因此,掌握镁合金体系的相图信息并建立多组元高精度热力学数据库,
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镁合金由于其密度小、比强度和比刚度高、阻尼性和生物相容性良好,被广泛应用于汽车领域、3 C电子工业领域、航空航天领域和生物医学领域。但当前镁合金消耗量远落后其发展潜力,新型轻质镁合金的设计开发已成为研究热点。以CALPHAD（相图计算）为代表的材料设计手段,摆脱了传统实验的试错法,缩短了材料研发周期,被认为可加速镁基合金材料的设计研发。因此,掌握镁合金体系的相图信息并建立多组元高精度热力学数据库,对镁合金的成分及组织设计与工艺优化有着巨大的经济价值。本文主要采用相图计算的方法,对Mg-Al-Zn-Zr四元系进行热力学优化与计算,并外推建立六元系热力学数据库,所取得的研究成果如下:整理和评估Mg-Zn,Mg-Zr和Zn-Zr体系的热力学信息,结合Mg-Zn-Zr系三个边际二元系的热力学信息与该体系在400℃和450℃下的相平衡数据,选用合理的热力学模型,采用CALPHAD技术对该体系进行热力学计算与优化,预测出该体系345℃下的等温截面图与实验结果较为吻合。整理和评估Al-Zn,Zn-Zr和Al-Zr体系的热力学信息,结合Al-Zn-Zr系三个边际二元系的热力学信息与在该体系在450℃和800℃下的相平衡数据,选用合理的热力学模型,采用CALPHAD技术对该体系进行热力学计算与优化,计算结果与实验结果一致性较好,得到一组自洽的热力学参数。整理和评估Mg-Al-Zn三元系的热力学信息,结合该体系在300℃-500℃的相平衡实验数据,重构富镁角φ相的热力学模型,优化该三元系富镁角的热力学参数,计算结果与实验结果一致性较好。结合本文的热力学计算结果,建立Mg-Al-Zn-Zr四元系热力学数据库,预测该四元系在450℃下的相平衡关系,模拟添加不同含量Zr的AZ31和AZ91合金Scheil凝固过程。整合基础三元系的热力学信息,外推建立Mg-Al-Zn-CaSr-Zr六元系热力学数据库。计算Mg-Al-Zr和Mg-Sr-Zr体系在400℃的等温截面图,对AZX352和AZX444合金进行平衡凝固过程分析,计算结果与实验数据相符。预测Mg-x Al-1Zn-1Ca和Mg-x Al-3Ca-0.07 Sr四元系的纵截面图,模拟并分析关键成分合金Mg-6Al-1Zn-1Ca和Mg-5Al-3Ca-0.07Sr的平衡凝固过程。本文中获得的热力学参数,将作为Mg-Al-Zn-Ca-Sr-Zr六元系数据库的部分内容,为外推计算Mg基多组元体系的相平衡和化合物的热力学性质奠定了理论基础。
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