5-2、集成高通量实验的钛合金快速设计

吴迪，刘彬，张晓泳，刘立斌，赵继成，周科朝

中南大学

摘要：材料基因组计划的总目标是：“将先进材料的发现、开发、制造和使用的速度提高一倍”。发展高通量实验方法对加速新材料的设计和制备的具有重要意义。

在材料成分的高通量测量方面，本项目根据王云志等提出的伪调幅分解理论，制备了Ti6Al4V‒Ti6Al4V20Fe‒Ti6Al4V20Cr‒Ti6Al4V20Mo‒Ti6Al4V45Zr扩散多元节，研究了Mo、Cr、Fe、Zr四种单元素，以及两两组合6种双元素复合对Ti6Al4V合金组织和硬度的影响。研究发现，在600℃时效状态下Ti6Al4V基体具有较粗的α相片层组织，随着Fe、Cr、Mo、Zr含量增加α相逐渐变薄，当Fe、Cr、Mo、Zr含量分别达到5%、6%、6%、30%时，合金获得超细的α组织，之后随着Fe、Cr、Mo、Zr含量增加，α相逐渐粗化。根据研究成果所设计Ti6Al4V5Fe、Ti6Al4V6Cr1Fe、Ti6Al4V6Mo、Ti6Al4V30Zr四种新型钛合金强度均超过Ti5553的性能。

在材料加工应变高通量模拟方面，通过制作双圆锥台形状的样品，对Ti-3Al-5Mo-4.5V合金圆锥台进行 了热挤压和有限元模拟，结果显示：挤压过程中，样品的表面部位应变较小，心部应变较大，在一个样品内获得了连续的应变梯度。当合金的应变超过1.8时，合金将获得超细晶粒，根据高通量实验结果对合金进行轧制实验，结果表明，合金在轧制应变为1.8时，合金获得了超细的组织，合金强度达到1430MPa,伸长率达到6.8。

为了快速获得材料理想的固溶时效温度，本项目制作了一个锥形的空心石墨棒，电流通过石墨棒时，由于导电截面积的连续变化从而实现了温度的连续变化，同时用多根热电偶来测试不同位置的温度，即可在一个样品内获得温度梯度。通过得到的温度梯度，快速获得了Ti5553合金在不同温度下退火的显微组织，快速找到该合金最适合的热处理温度。

结论：利用高通量的实验方法我们可以快速找出合金组织演变规律，寻找新合金成分、热加工与热处理工艺。

关键词：高通量实验，成分梯度、应变梯度、温度梯度

通讯作者：周科朝，电话：13873112345，Email: zhoukechao@csu.edu.cn,

吴迪，电话：15084787759，wudi080133@163.com

DOI:10.12110/secondfmge.20181014.502