二元相图数据库的建立和三元合金的设计

Ag-Pb二元相图数据库的建立和Nb-Si-W三元合金体系的设计（一）Ag-Pb二元相图数据库的建立Ag和Pb在常温下都是面心立方结构，其二元相图为共晶相图。在高温下，二者的液相能够互溶；固态的Ag中能够溶解部分Pb，形成固溶体，而Pb中却不溶Ag。本实验根据Ag和Pb的所有可能相的自由能的基本计算公式，初步计算出了二者的相图，并根据实验相图中的成分-温度数据，对相图进行了优化。通过改变TDB文件中使用的模型，得到了不同的相图结构，并对相图的变化进行了简要的分析和讨论。1.1了解程序中命令的作用本实验共设计了3个TDB文件，三者的差别仅在于优化相互作用参数的级数。现以二级优化的文件为例，说明每行命令的作用。两种组元的基本热力学参量值。ELEMENTAGFCC_A1107.868574542.55!ELEMENTPBFCC_A3207.2687064.8!液相相互作用参数的一级（L0）、二级（L1）优化命令。$L0parameterforLIQUIDphaseOPTIMIZATIONLIQUID_AA-600000;60000N!OPTIMIZATIONLIQUID_AAT-200;20N!$L1parameterforLIQUIDphaseOPTIMIZATIONLIQUID_BB-600000;60000N!OPTIMIZATIONLIQUID_BBT-200;20N!A1相（Ag基固溶体）相互作用参数的一级（L0）、二级（L1）优化命令。$L0parameterforFCC_A1phaseOPTIMIZATIONFCC_A1_AA-600000;60000N!OPTIMIZATIONFCC_A1_AAT-200;20N!$L1parameterforFCC_A1phaseOPTIMIZATIONFCC_A1_BB-600000;60000N!OPTIMIZATIONFCC_A1_BBT-200;20N!以下是两组元纯物质所有可能相的自由能的计算公式，它们由系统生成，不是设计内容，在此不进行讨论。FUNCTIONG_Ag_BCC298.15-3809.51+117.152*T-23.8463*T*LN(T)-0.00179058*T**2-12011*T**(-1)-3.98587e-007*T**3;1234.93Y-11695.3+189.216*T-33.472*T*LN(T)+1.412e+029*T**(-9);3000N!FUNCTIONG_Ag_BCT298.15-3025.41+118.202*T-23.8463*T*LN(T)-0.00179058*T**2-12011*T**(-1)-3.98587e-007*T**3;1234.93Y-10911.2+190.266*T-33.472*T*LN(T)+1.412e+029*T**(-9);3000N!FUNCTIONG_Ag_FCC298.15-7209.51+118.202*T-23.8463*T*LN(T)-0.00179058*T**2-12011*T**(-1)-3.98587e-007*T**3;1234.93Y-15095.3+190.266*T-33.472*T*LN(T)+1.412e+029*T**(-9);3000N!FUNCTIONG_Ag_HCP298.15-6909.51+118.502*T-23.8463*T*LN(T)-0.00179058*T**2-12011*T**(-1)-3.98587e-007*T**3;1234.93Y-14795.3+190.566*T-33.472*T*LN(T)+1.412e+029*T**(-9);3000N!FUNCTIONG_Ag_LIQUID298.153815.56+109.311*T-23.8463*T*LN(T)-0.00179058*T**2-12011*T**(-1)-3.98587e-007*T**3-1.034e-020*T**7;1234.93Y-3587.11+180.965*T-33.472*T*LN(T);3000N!FUNCTIONG_Pb_BCC298.15-5250.09+100.6*T-24.5242*T*LN(T)-0.00365895*T**2-2.4395e-007*T**3;600.612Y-8131.1+153.143*T-32.4914*T*LN(T)+0.00154613*T**2+8.054e+025*T**(-9);1200Y6557.62+52.0391*T-18.9641*T*LN(T)-0.00288294*T**2-2.69676e+006*T**(-1)+9.8144e-008*T**3+8.054e+025*T**(-9);2100N!FUNCTIONG_Pb_BCT298.15-7161.09+105.22*T-24.5242*T*LN(T)-0.00365895*T**2-2.4395e-007*T**3;600.612Y-10042.1+157.763*T-32.4914*T*LN(T)+0.00154613*T**2+8.054e+025*T**(-9);1200Y4646.62+56.6591*T-18.9641*T*LN(T)-0.00288294*T**2-2.69676e+006*T**(-1)+9.8144e-008*T**3+8.054e+025*T**(-9);2100N!FUNCTIONG_Pb_FCC298.15-7650.09+101.7*T-24.5242*T*LN(T)-0.00365895*T**2-2.4395e-007*T**3;600.612Y-10531.1+154.243*T-32.4914*T*LN(T)+0.00154613*T**2+8.054e+025*T**(-9);1200Y4157.62+53.1391*T-18.9641*T*LN(T)-0.00288294*T**2-2.69676e+006*T**(-1)+9.8144e-008*T**3+8.054e+025*T**(-9);2100N!FUNCTIONG_Pb_HCP298.15-7350.09+102.7*T-24.5242*T*LN(T)-0.00365895*T**2-2.4395e-007*T**3;600.612Y-10231.1+155.243*T-32.4914*T*LN(T)+0.00154613*T**2+8.054e+025*T**(-9);1200Y4457.62+54.1391*T-18.9641*T*LN(T)-0.00288294*T**2-2.69676e+006*T**(-1)+9.8144e-008*T**3+8.054e+025*T**(-9);2100N!FUNCTIONG_Pb_LIQUID298.15-2977.96+93.9496*T-24.5242*T*LN(T)-0.00365895*T**2-2.4395e-007*T**3-6.019e-019*T**7;600.612Y-5677.96+146.176*T-32.4914*T*LN(T)+0.00154613*T**2;1200Y9010.75+45.0719*T-18.9641*T*LN(T)-0.00288294*T**2-2.69676e+006*T**(-1)+9.8144e-008*T**3;2100N!FUNCTIONG_Pb_TET_ALPHA1298.15-7466.89+102.153*T-24.5639*T*LN(T)-0.0036568*T**2-2.4395e-007*T**3;600.612Y-10347.9+154.696*T-32.5311*T*LN(T)+0.00154828*T**2+8.054e+025*T**(-9);1200Y4340.82+53.5922*T-19.0037*T*LN(T)-0.00288079*T**2-2.69676e+006*T**(-1)+9.8144e-008*T**3+8.054e+025*T**(-9);2100N!以下是相图中的相组成信息：PhaseFCC_A1%11!FCC_A1相ConstituentFCC_A1:AG,PB:!该相由AG和PB组成ParameterG(FCC_A1,AG;0)298.15G_Ag_FCC;60000N!AG的自由能计算公式ParameterG(FCC_A1,PB;0)298.15G_Pb_FCC;60000N!PB的自由能计算公式ParameterG(FCC_A1,AG,PB;0)298.15FCC_A1_AA+FCC_A1_AAT*T;60000N!ParameterG(FCC_A1,AG,PB;1)298.15FCC_A1_BB+FCC_A1_BBT*T;60000N!相互作用参数的计算公式，下述命令同理可得。PhaseFCC_A3%11!ConstituentFCC_A3:PB:!ParameterG(FCC_A3,PB;0)298.15G_Pb_FCC;60000N!PhaseLIQUID%11!ConstituentLIQUID:AG,PB:!ParameterG(LIQUID,AG;0)298.15G_Ag_LIQUID;60000N!ParameterG(LIQUID,PB;0)298.15G_Pb_LIQUID;60000N!ParameterG(LIQUID,AG,PB;0)298.15LIQUID_AA+LIQUID_AAT*T;60000N!ParameterG(LIQUID,AG,PB;1)298.15LIQUID_BB+LIQUID_BBT*T;60000N!ParameterG(LIQUID,AG,PB;2)298.15LIQUID_CC+LIQUID_CCT*T;60000N!1.2热力学模型对相图的影响本实验中的不同模型都采用了相同的POP文件，即控制了优化所采用的实验数据不变，分析得到热力学模型对计算出的相图的影响。实验对相图中的液相和FCC_A1相分别进行了不同级数的优化（FCC_A3为纯组元，无需考虑相互作用参数），由于理想溶体模型下不可能有共晶相图，这里未将其列为讨论对象，具体模型的信息如表1所示。从表1中可以看出，各相相互作用参数的中待定系数的优化级数越高，相图计算所需要的方程数量也越多；模型3和模型5的优化误差最小；对液相和FCC_A1相均进行一级时，优化误差相对较大，说明这该模型不适用于该二元体系。对于模型2和模型3，实验的误差主要来源于实验相图中的数据测量误差，为减小这一误差可以将实验相图进行放大，使曲线上点的量取更加精确，但这与锻炼软件使用能力的初衷不相符合，因此没有必要。表1热力学模型信息模型编号各相的优化级数误差评估液相FCC_A1FCC_A3最小二乘误差总方程数1110181522206.02233204.72342305.52753304.723在导入POP文件之前，四个模型的TDB文件所作出的相图差别甚小，均为匀晶相图（如图1所示）。而在引入实验数据之后，优化后的相图差别较大，如图2所示。图1优化前的计算相图(a)使用模型1优化后的相图(a)(b)使用模型2~5优化后的相图图2不同模型优化后的相图从图2中可以看出，模型1优化后的相图为固相可以部分互溶的二元合金共晶相图，而实际上固态的Pb中不能固溶Ag，该模型的优化结果与实验不符，与表1中得到的结论相吻合。而采用模型2至模型5优化后的相图均与实验相图相符，且差别不大，说明第三级优化的作用不大，在不追求高精度的情况下可以忽略。实验中精确度（本实验中的DX1）的设置对实验有着较大影响。一般来说，精度越高越好。但是，精度越高，优化结果对实验相图中数据测量的依赖性就越高，即如果测量地准确，优化的误差将很小，反之，优化的误差将很大，因此DX1的设定需要综合考虑这两个因素。上述结论所