作为材料设计基础的相图研究.pdf

2002年3月材料与冶金学报March2002
第1卷第1期joURNALOFMATERIALSANDMETALLURGYVol_1NO．1

文章编号：1671—6620+(20O2)。】一0003—06

作为材料设计基础的相图研究

郝士明
(东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳l10004)

摘要：介绍了现代材料设计与相图研究之间的关系，强词了计算相图的出现使相图研究成为材料
设计的一部分．相图计算程序系统的另一重要功能是评估和位化热力学参数．以双相纳米材料、宽
滞后形状记忆台金、钕铁硼永盛舍金钍铝金属闻化台物和低温用钢的研究开发为例．说明了相图
研究在材料设计上的重要作用．
凳键词：材料设计；相囤研究；热力学计算
中固分类号：TG113．14立献标识码：A

StudyofPhaseDiagramRegardasFoundationofMaterialDesign

HAOShi-ming

(scho。lofMaterialsandMetallurgy，NortheasternUniversity

ABSTRACTTherelationshipbetweenmodernmaterialde~signandstudyofphasediagramisin；to—

ducndanditisemphasizedthattheappearanceofCALPHADmadethestudyofphasediagrambeone

partofmaterialdesign．Itisal,~opointedoutthattheotherimportantfunctionotCALPHADsystemi,s

toevaluateandoptimizethermodynamicparameters．Theimportanceofphasediagramstudyinmateri—

alde．signisillustratedbyexamplesofdevelopmentotnanocrystallinematerialswithtwophases，wide

hysteresisshapememoryalloys．NdFe-BmagnetalloytnA】intermetalliesand．steelusedatsuperlow

temperatures．

KEyWORDSMaterialsdesign；Studyonphasediagram；Caleuhtmnofphasediagram

在人类历史上，材料的研究与开发，特别是新热力学参数，但已可以说，相平衡成分的获得过
金属材料的创造与发明一直是沿用了尝试法程已达到了真正意义上的理性阶段．当前，人们
(Trialanderror)的模式．经过反复的实验摸索，对于实测相图在合金研究特别是合金设计上的重
才能探索到一种新的或更好的材料成分在20世要性是有足够的认识的；但是，只有在能够通过
纪的60年代初，一种相计算(PHAc0MP)技术热力学计算来获得相图之后，相平衡研究才真正
在Ni基高温台金成分设计上的应用终于揭开了成为了材料设计的一部分．
合金设计的序幕．其实，那仍是一种依赖于经验的在我国，由于物理学会的倡导，上世纪80
相平衡成分的计算．但是Ni基高温合金的年代初就组成了一支金属、无机非金属、熔盐和
PHACOMP设计至少告诉我们，多元合金相图水盐等多领域联合的相图研究队伍，而且是一支
中的信息对于合金设计来说是非常重要的．其后实测和计算密切结合的队伍．在大材料设计的背
在70年代出现的相图计算(cALPHAD)已经景上开展工作，已取得了多方面的重要成果．本
是在追求应用普适性热力学模型来计算多元系的文仅就作者本人的体会，说明相图研究在材料设
相平衡了，虽然这种计算仍依赖于由实验获得的计上的意义．

收稿日粥：2002—02O3
作者筒舟：郭士明，男．63岁，教授博士生导师

4材料与冶金学报第1卷

同样是这些程序系统的重要功能．由于热力学参
1材料设计智能工程中的相图计算数的重要性，除了特别的需要之外，人们不再热
衷于刨建新的计算方法．而更重视在CALPH—
材料设计无论是第一原理的，还是依赖实验AD的普遍模式下，积累更丰富的热力学数
结果的都是一种人工智能工程．很显然，合金设据．
计的过程首先是确定多相相平衡成分的过程．具
有这种功能的相平衡计算程序系统的开发是国际2合金设计实践中的实测相图与计
性的，目前，许多国家已经开发了多种这样的系算相图
统．如美国的NBS／ASM、ManLabs数据库，
加拿大的FACT数据库，欧洲的SGTE数据库2．1宽滞后形状记忆合金
和瑞典的THERMO—CALC相平衡计算与数据在TiNi形状记忆合金的基础上