热力学数据库
组元 (14)
本数据库中共包含以下14个组元：
Al, Cr, Fe, Hf, Mo, Nb, O, Re, Si, Ta,Ti, V, W, Zr
推荐使用的成分范围
表 1列出了各个元素推荐使用的成分范围。注意该表给出的范围非常保守，该成分范围都经过大量多元商业合金的实验验证。事实上，很多元素可以应用于更宽的范围，部分二元体系和三元体系在全浓度范围内进行了优化评估，能够适用于0-100%整个浓度范围，详见 优化的子体系.
| 组元 | 成分范围 (wt.%) |
|---|---|
|
Nb |
50 ~ 100 |
|
Si, Ti |
0 ~ 30 |
|
Cr |
0 ~ 20 |
|
Al, Hf, V |
0 ~ 10 |
|
Fe, Mo, O, Ta, Re, W, Zr |
0 ~ 5 |
PanNb2024 的新特性
增加了元素 O 以及优化了与 O 相关的 O-X 二元子体系。
相
该数据库共包含192个相。表 2列出了主要相的名称和热力学模型。全部相的信息可以参见PanNb2024: 全部相列表，或在Pandat™软件中加载数据库之后从TDB viewer中查看。
优化的子体系
PanNb2024数据库一共优化评估了113个子体系，包括89个二元体系和24个三元体系。下面是具体的体系，体系后面括号中的数字代表优化程度，0为没有优化，10为全成分范围内完全优化评估。
二元体系 (89)
| Al-Cr(10) | Al-Fe(10) | Al-Hf(10) | Al-Mo(10) | Al-Nb(10) | Al-O(10) | Al-Re(10) |
| Al-Si(10) | Al-Ta(10) | Al-Ti(10) | Al-V(10) | Al-W(10) | Al-Zr(10) | Cr-Fe(10) |
| Cr-Hf(10) | Cr-Mo(10) | Cr-Nb(10) | Cr-O(10) | Cr-Re(10) | Cr-Si(10) | Cr-Ta(10) |
| Cr-Ti(10) | Cr-V(10) | Cr-W(10) | Cr-Zr(10) | Fe-Hf(10) | Fe-Mo(10) | Fe-Nb(10) |
| Fe-O(10) | Fe-Re(10) | Fe-Si(10) | Fe-Ta(10) | Fe-Ti(10) | Fe-V(10) | Fe-W(10) |
| Fe-Zr(10) | Hf-Mo(10) | Hf-Nb(10) | Hf-O(10) | Hf-Re(10) | Hf-Si(10) | Hf-Ta(10) |
| Hf-Ti(10) | Hf-W(10) | Hf-Zr(10) | Mo-Nb(10) | Mo-O(10) | Mo-Re(10) | Mo-Si(10) |
| Mo-Ta(10) | Mo-Ti(10) | Mo-V(10) | Mo-W(10) | Mo-Zr(10) | Nb-O(10) | Nb-Re(10) |
| Nb-Si(10) | Nb-Ta(10) | Nb-Ti(10) | Nb-V(10) | Nb-W(10) | Nb-Zr(10) | O-Re(5) |
| O-Si(10) | O-Ta(10) | O-Ti(10) | O-V(10) | O-W(10) | O-Zr(10) | Re-Si(10) |
| Re-Ta(10) | Re-Ti(10) | Re-W(10) | Re-Zr(10) | Si-Ta(10) | Si-Ti(10) | Si-V(10) |
| Si-W(10) | Si-Zr(10) | Ta-Ti(10) | Ta-V(10) | Ta-W(10) | Ta-Zr(10) | Ti-V(10) |
| Ti-W(10) | Ti-Zr(10) | V-W(10) | V-Zr(10) | W-Zr(10) |
三元体系 (24)
| Al-Nb-Ti(10) | Cr-Fe-Si(10) | Cr-Hf-Si(10) | Cr-Nb-Si(10) | Cr-Nb-Ti(10) | Cr-Nb-V(10) |
| Cr-Nb-Zr(10) | Cr-Si-Ti(10) | Cr-Si-V(10) | Cr-Ti-Zr(10) | Fe-Nb-Ti(10) | Hf-Nb-Si(10) |
| Hf-Nb-Zr(10) | Hf-Si-Ti(10) | Mo-Nb-Re(10) | Mo-Nb-W(10) | Mo-Si-Ti(10) | Nb-Re-Zr(10) |
| Nb-Si-Ti(10) | Nb-Si-W(10) | Nb-Ta-Zr(10) | Re-Ti-Zr(10) | Ta-Ti-Zr(10) | Ta-V-W(10) |
数据库的验证
铌基高温合金数据库经过了大量铌合金的相平衡数据的验证。图 1所示为Nb-Ti-Si三元体系的液相面投影图的计算结果与实验数据[1997Bew]。实验数据采用不同符号标记，表示在铸态合金的显微组织中观察到的初生相。在Nb-Ti-Si三元体系的富金属区域的两个平衡反应分别为：1599°C下的L+Nb5Si3 →Ti5Si3+Nb3Si ；1359°C 下的L+Nb3Si → Ti5Si3+Bcc。
图 2和图 3分别为Nb-Ti-Si三元系在1500°C和1340°C等温截面的计算结果，图中绘制了实验数据以便于比较。相组成数据来自EPMA的测量，实验细节请参见文献[1998Bew]。不同形状的符号表示合金所处的不同相区，绿线表示结线。
图 4所示为计算的Nb-Cr-Si三元体系的液相面投影和实验数据对比[2007Bew]。图 5所示为计算的Nb-Cr-Si三元系1100°C等温截面。在PanNb数据库中，首次对Nb-Cr-Si体系的三元相 Nb9Si2Cr3进行了热力学描述。
图 6所示为计算的Nb-Si-Hf液相面投影图和实验数据对比。其中不同符号标记的实验数据表示在每种铸态合金的显微组织中观察到初生相。在Nb-Hf-Si三元体系的富金属区域存在三个平衡反应，分别在2035°C的 L+Hf5Si3 → Nb5Si3_LT+Hf2Si，在1836°C的L+Nb3Si → Nb5Si3_LT + Bcc，和在1822°C为L+Nb5Si3_LT → Hf2Si + Bcc。图 7所示为Nb-Hf-Si三元体系在1500°C下的等温截面的计算结果以及实验数据对比。
表 3所示为计算的两种Nb-Cr-Ti-Si合金的相组成和EPMA测量值之间的对比。这些测量的相组成未用于优化模型参数，它们仅用于验证计算结果。鉴于此，由当前热力学描述计算的相成分与实验测量吻合的很好。用户应该注意计算的Laves_C14相中Cr和Nb组成和实验值的差异。
图 8(a)-(b)所示为模拟的Nb-11Cr-23Ti-13Si和Nb-21Cr-23.5Ti-15.5Si合金的凝固路径。这两种铸态合金的微观结构的BSE图像分别如图 8(c)-(d)所示。BSE图像中观察到的相与杠杆模型（lever-rule）预测结果及Scheil模型模拟的早期生成相一致。BSE图像并未检测到Scheil模型预测到的所有相，这可能是由于部分相的含量太少所致，或者是因为在实际冷却条件下，微观偏析没有Scheil模拟所示的那样严重。
图 9 (a)-(b) 显示了利用Scheil模型和杠杆模型模拟的Nb-22Ti-2Hf-4Cr-3Al-16Si六元合金的凝固路径，及其铸态合金微观结构的BSE图象。观察到的微观结构由(Nb) 和Nb5Si3两相组成，这与由杠杆模型预测的结果（如图 9(a)中的红线所示）非常一致。在Scheil模拟中，除了(Nb)和Nb5Si3之外，还预测到了有Ti5Si3和Laves_C 14形成。然而，Ti5Si3和Laves_C 14的总摩尔百分比小于5%。同样，BSE图像并未检测到Scheil模型预测到的所有相，这可能是由于由于部分相的含量太少所致，或者是因为在实际冷却条件下，微观偏析没有Scheil模型中那样严重。
[1997Bew] B. P. Bewlay, M. R. Jackson, H. A. Lipsitt, Journal of Phase Equilibria, 18(3)(1997): 264-278.
[1998Bew] B. P.Bewlay, M. R. Jackson, R. R. Bishop, Journal of Phase Equilibria, 19(6) (1998): 577-586.
[1999Bew] B.P. Bewlay, R.R. Bishop, M.R.Jackson, Zeitschrift fuer Metallkunde, 90(6) (1999): 413-422.
[2003Yan] Y. Yang,Y. A. Chang, J.-C. Zhao, B.P. Bewlay, Intermetallics: 11(5) (2003): 407-415.
[2007Bew] B. Bewlay, P.; Y. Yang, R. L. Casey, M. R. Jackson, Y. A. Chang, Materials Research Society Symposium Proceedings, 980 (2007): 333-338.
[2009Bew] B.P. Bewlay, Y. Yang, R. L. Caesy, M.R. Jackson Y. A. Chang, Intermetallics, 17(3) (2009): 120-127.