第1033章 計算材料學的威力
第1033章 計算材料學的威力
就在羅爾斯·羅伊斯眾人琢磨著如何能根據試生產樣品反向推導出華夏所用的技術時。
鎬發集團這邊，對於鈦鋁合金立方試樣裂紋形貌及形成原因的表徵分析也已經出了結果……
「常總，這是從20%到90%不同完成度試樣的XRD圖譜和EBSD相圖。」
杭志斌步履匆匆地衝進常浩南的辦公室，把紙上還帶著熱氣的幾頁檢測報告直接塞進了後者手中。
還不等常浩南動手，他就直接翻到了其中一頁：
「您看，在發生過斷裂的斷面，也就是點1和點2上，鈦鋁兩種元素原子百分比接近於2∶1，且鉻和鈮兩種元素的存在較少，說明γ相、B2相和α2相均存在，且比例相對平衡。」
「而在距離裂紋較遠的基體部分，也就是點3和點4處，鈦鋁兩種元素原子的比例降低到1∶1，此外鉻和鈮兩種元素的含量也相應增加，說明此時α2相和B2的成分占比出現明顯增多，而γ相則相應減少……」
「……」
要是擱一般情況，被這樣「突然襲擊」然後馬上灌輸一大堆表徵結果，高低得緩上一會才能聽進去。
好在常浩南這會腦子裡本來就在想著這件事，加上他自己的讀圖能力一流，所以倒也跟得上對方的思路。
在杭志斌一大段內容說完之後，他直接接上了最後的結論：
「所以能夠證明，在裂紋形成的過程中，在開裂位置上同步發生了α→γ+β的共析反應！」
「沒錯！」
杭志斌飛快點了點頭：
「和您之前的推測完全一致，只要能降低合金當中α2脆性相的比例，就可以同時提高材料內部的抗拉強度和減小應力產生。」
「我們目前的計劃是，先在成型過程中對基板進行預熱，一方面是抑制包晶反應減少α2相生成，另一方面，也能在一定程度上控制冷卻速率。」
相比於他的激動，常浩南的反應倒是頗為平淡。
實際在幾天之前，他就已經在打孔過程中通過提高浸沒液體的溫度改善了裂紋的生成情況。
所以，這個結果最多算是增加了一層理論保險，還不至於讓他感到意外。
「基板預熱只是一個方面，除了冷卻太快導致的裂紋之外，4722在加工過程中還有另一個問題。」
常浩南說著站起身，從旁邊的小桌子上拿起暖壺，分別倒了兩杯水，接著把其中一個遞給前面的杭志斌：
「你們剛剛也做過了EBSD和微形貌的觀測，應該能發現，在鈦鋁合金成形過程中，由於熔池局部溫度會高於鋁的蒸發點，會導致一部分含有鋁氣體蒸發流失，而那些來不及蒸發的氣體，在凝固時就會形成小孔。」
「這些孔附近會聚集較大的殘餘應力，雖然分布不如因為冷卻而導致的應力廣泛，但同樣會在周圍誘發產生裂紋，並且由於這種熱裂紋在擴展過程中沒有次裂紋產生，所以主裂紋的發展反而還會更加明顯。」
「我說的沒錯吧？」
「啊……啊？」
杭志斌這會剛剛把手抬到半空中，結果聽到常浩南的分析，整個人直接跟遭了一記炸雷一般定在原地。
因為這正是他接下來想要告訴給常浩南的內容。
也是剛剛那份報告當中最重要的發現。
結果……
對方連看都沒看，就提前知道了？
大概半分鐘之後，杭志斌才反應過來，趕緊把杯子接到手中：
「這……這也是您推測出來的？」
要知道，這個問題可是熱成型過程中獨有的。
冷加工過程根本到不了鈦合金的熔點，連現象都不可能觀察到。
「怎麼可能……」
常浩南笑著擺了擺手。
「哦……」
聽到常浩南的解釋和自己剛剛的想法一樣，杭志斌總算是鬆了口氣，等著對方進一步的說明。
但是還沒等他把下一口氣喘上來，就聽常浩南繼續道：
「這是我計算出來的。」
「……」
杭志斌端著杯子，一時間不知道該以何種表情應對。
本想低頭戰術喝水以作延遲，但卻忘了水是剛從暖瓶里倒出來的……
好在，常浩南此刻正站在窗前背對著他，倒也沒注意到對方差點燙到舌頭的窘況，只是繼續介紹著自己的結論：
「通過分子動力學的研究結果，在較高溫度下，氧化鋁的擴展速度遠遠慢於熱力學穩定性類似的氧化鈦，導致含鋁的鈦合金並不能像含鈦的鋁合金那樣，依靠氧化鋁膜來進行自我保護，而4722合金當中的鉻和鈮，就是作為抗氧化元素而添加進去的。」
「但這兩種元素是以固溶的形式存在於基體合金當中，從而影響氧化鋁的生成模式，這就決定了在升溫-氧化-熔化這個過程中，鋁會更容易以氣體形式流失……」
「……」
聽到中間的時候，杭志斌就已經把手裡的杯子放到一邊，掏出紙筆開始記錄了——
在第一次和常浩南見面的時候，他曾經說自己研究過一些計算材料學的內容，這並不是恭維。
雖然當時其實沒太研究明白，但有一件事情是非常確定的。
傳統材料學，是由現象分析原因再倒推總結規律進而生成理論。
而計算材料學的研究過程，卻跟這個是相反的。
先有理論，再推規律，最後得到現象。
換句話說，雖然這一學科目前的應用範圍還比較狹窄，但只要應用成功，就意味著在發現問題的同時也找到了解決問題的方法。
就像現在這樣。
「我們會進一步調整雷射選區熔化的成型參數，儘可能減少局部飛溫，導致鋁被蒸發的情況出現。」
杭志斌一邊回應一邊在本子上寫下最後幾個字。
然後，咔噠一聲收回筆尖。
「調整參數只是權宜之計。」
常浩南坐回到自己的椅子上，說道：
「長遠來看，我剛才說過，鉻和鈮是為了提高鈦合金抗氧化性才被添加進去的，但就算成型過程中溫度控制到完美，也會導致鋁在最後成型的上表面集中，而其它部分的含量下降，反過來又會對抗氧化性產生不良影響。」
「我不管英國人準備用什麼樣的塗層來解決這個問題，但一方面這部分資料咱們完全缺失，另一方面，就算是有塗層，基體本身的抗氧化能力提高也絕不是壞事。」
杭志斌想了一會：
「所以，您是想在英國人這個材料的基礎上進行改良？」
如果坐在他面前的是除了常浩南……還有曹曉春院士以外的任何其他人，他估計已經把筆摔到桌子上了——
材料學的東西，不只是調換個元素成分或者配比就完事了。
現在他們手頭連4722的工藝參數都不確定，甚至還需要通過大量實驗補全剩餘部分。
這種情況下就想著改進材料，幾乎相當於連爬都沒學會就想要跑馬拉松。
完全是異想天開。
不僅達不到改進性能的目的，甚至還會因為對原始材料的理解不夠，導致連別人改進前的性能都達不到。
甚至得到的大概率就是純廢品。
不過，考慮到常浩南的實際情況，杭志斌還是又咔噠一聲，把筆尖給按了出來。
「正是。」
常浩南面露興奮地一敲桌子：
「我用幾種稀土元素隨便嘗試了一下，結果無意中發現，用微量的鐿和鈰取代一定量的鉻和鈮之後，可以起到可以細化晶粒、淨化基體、提高氧化膜的附著力的作用。」
「除此之外，由於固溶情況不同，這兩種元素，尤其是鐿，還可以促進Al的選擇性氧化，從而降低工業生產當中局部溫度控制的難度。」
說著還從文件盒中取出了幾個小時前剛剛被送過來的計算結果，交給杭志斌：
「當然，我只是提供一個思路，具體實驗層面的東西還要你們來做，所以這是下一步的研究方向。」
「至於眼下……為了還原英國人的4722，你們確實還是得啃一下雷射選區熔化的工藝參數，我這邊正急著要……」
(本章完)
就在羅爾斯·羅伊斯眾人琢磨著如何能根據試生產樣品反向推導出華夏所用的技術時。
鎬發集團這邊，對於鈦鋁合金立方試樣裂紋形貌及形成原因的表徵分析也已經出了結果……
「常總，這是從20%到90%不同完成度試樣的XRD圖譜和EBSD相圖。」
杭志斌步履匆匆地衝進常浩南的辦公室，把紙上還帶著熱氣的幾頁檢測報告直接塞進了後者手中。
還不等常浩南動手，他就直接翻到了其中一頁：
「您看，在發生過斷裂的斷面，也就是點1和點2上，鈦鋁兩種元素原子百分比接近於2∶1，且鉻和鈮兩種元素的存在較少，說明γ相、B2相和α2相均存在，且比例相對平衡。」
「而在距離裂紋較遠的基體部分，也就是點3和點4處，鈦鋁兩種元素原子的比例降低到1∶1，此外鉻和鈮兩種元素的含量也相應增加，說明此時α2相和B2的成分占比出現明顯增多，而γ相則相應減少……」
「……」
要是擱一般情況，被這樣「突然襲擊」然後馬上灌輸一大堆表徵結果，高低得緩上一會才能聽進去。
好在常浩南這會腦子裡本來就在想著這件事，加上他自己的讀圖能力一流，所以倒也跟得上對方的思路。
在杭志斌一大段內容說完之後，他直接接上了最後的結論：
「所以能夠證明，在裂紋形成的過程中，在開裂位置上同步發生了α→γ+β的共析反應！」
「沒錯！」
杭志斌飛快點了點頭：
「和您之前的推測完全一致，只要能降低合金當中α2脆性相的比例，就可以同時提高材料內部的抗拉強度和減小應力產生。」
「我們目前的計劃是，先在成型過程中對基板進行預熱，一方面是抑制包晶反應減少α2相生成，另一方面，也能在一定程度上控制冷卻速率。」
相比於他的激動，常浩南的反應倒是頗為平淡。
實際在幾天之前，他就已經在打孔過程中通過提高浸沒液體的溫度改善了裂紋的生成情況。
所以，這個結果最多算是增加了一層理論保險，還不至於讓他感到意外。
「基板預熱只是一個方面，除了冷卻太快導致的裂紋之外，4722在加工過程中還有另一個問題。」
常浩南說著站起身，從旁邊的小桌子上拿起暖壺，分別倒了兩杯水，接著把其中一個遞給前面的杭志斌：
「你們剛剛也做過了EBSD和微形貌的觀測，應該能發現，在鈦鋁合金成形過程中，由於熔池局部溫度會高於鋁的蒸發點，會導致一部分含有鋁氣體蒸發流失，而那些來不及蒸發的氣體，在凝固時就會形成小孔。」
「這些孔附近會聚集較大的殘餘應力，雖然分布不如因為冷卻而導致的應力廣泛，但同樣會在周圍誘發產生裂紋，並且由於這種熱裂紋在擴展過程中沒有次裂紋產生，所以主裂紋的發展反而還會更加明顯。」
「我說的沒錯吧？」
「啊……啊？」
杭志斌這會剛剛把手抬到半空中，結果聽到常浩南的分析，整個人直接跟遭了一記炸雷一般定在原地。
因為這正是他接下來想要告訴給常浩南的內容。
也是剛剛那份報告當中最重要的發現。
結果……
對方連看都沒看，就提前知道了？
大概半分鐘之後，杭志斌才反應過來，趕緊把杯子接到手中：
「這……這也是您推測出來的？」
要知道，這個問題可是熱成型過程中獨有的。
冷加工過程根本到不了鈦合金的熔點，連現象都不可能觀察到。
「怎麼可能……」
常浩南笑著擺了擺手。
「哦……」
聽到常浩南的解釋和自己剛剛的想法一樣，杭志斌總算是鬆了口氣，等著對方進一步的說明。
但是還沒等他把下一口氣喘上來，就聽常浩南繼續道：
「這是我計算出來的。」
「……」
杭志斌端著杯子，一時間不知道該以何種表情應對。
本想低頭戰術喝水以作延遲，但卻忘了水是剛從暖瓶里倒出來的……
好在，常浩南此刻正站在窗前背對著他，倒也沒注意到對方差點燙到舌頭的窘況，只是繼續介紹著自己的結論：
「通過分子動力學的研究結果，在較高溫度下，氧化鋁的擴展速度遠遠慢於熱力學穩定性類似的氧化鈦，導致含鋁的鈦合金並不能像含鈦的鋁合金那樣，依靠氧化鋁膜來進行自我保護，而4722合金當中的鉻和鈮，就是作為抗氧化元素而添加進去的。」
「但這兩種元素是以固溶的形式存在於基體合金當中，從而影響氧化鋁的生成模式，這就決定了在升溫-氧化-熔化這個過程中，鋁會更容易以氣體形式流失……」
「……」
聽到中間的時候，杭志斌就已經把手裡的杯子放到一邊，掏出紙筆開始記錄了——
在第一次和常浩南見面的時候，他曾經說自己研究過一些計算材料學的內容，這並不是恭維。
雖然當時其實沒太研究明白，但有一件事情是非常確定的。
傳統材料學，是由現象分析原因再倒推總結規律進而生成理論。
而計算材料學的研究過程，卻跟這個是相反的。
先有理論，再推規律，最後得到現象。
換句話說，雖然這一學科目前的應用範圍還比較狹窄，但只要應用成功，就意味著在發現問題的同時也找到了解決問題的方法。
就像現在這樣。
「我們會進一步調整雷射選區熔化的成型參數，儘可能減少局部飛溫，導致鋁被蒸發的情況出現。」
杭志斌一邊回應一邊在本子上寫下最後幾個字。
然後，咔噠一聲收回筆尖。
「調整參數只是權宜之計。」
常浩南坐回到自己的椅子上，說道：
「長遠來看，我剛才說過，鉻和鈮是為了提高鈦合金抗氧化性才被添加進去的，但就算成型過程中溫度控制到完美，也會導致鋁在最後成型的上表面集中，而其它部分的含量下降，反過來又會對抗氧化性產生不良影響。」
「我不管英國人準備用什麼樣的塗層來解決這個問題，但一方面這部分資料咱們完全缺失，另一方面，就算是有塗層，基體本身的抗氧化能力提高也絕不是壞事。」
杭志斌想了一會：
「所以，您是想在英國人這個材料的基礎上進行改良？」
如果坐在他面前的是除了常浩南……還有曹曉春院士以外的任何其他人，他估計已經把筆摔到桌子上了——
材料學的東西，不只是調換個元素成分或者配比就完事了。
現在他們手頭連4722的工藝參數都不確定，甚至還需要通過大量實驗補全剩餘部分。
這種情況下就想著改進材料，幾乎相當於連爬都沒學會就想要跑馬拉松。
完全是異想天開。
不僅達不到改進性能的目的，甚至還會因為對原始材料的理解不夠，導致連別人改進前的性能都達不到。
甚至得到的大概率就是純廢品。
不過，考慮到常浩南的實際情況，杭志斌還是又咔噠一聲，把筆尖給按了出來。
「正是。」
常浩南面露興奮地一敲桌子：
「我用幾種稀土元素隨便嘗試了一下，結果無意中發現，用微量的鐿和鈰取代一定量的鉻和鈮之後，可以起到可以細化晶粒、淨化基體、提高氧化膜的附著力的作用。」
「除此之外，由於固溶情況不同，這兩種元素，尤其是鐿，還可以促進Al的選擇性氧化，從而降低工業生產當中局部溫度控制的難度。」
說著還從文件盒中取出了幾個小時前剛剛被送過來的計算結果，交給杭志斌：
「當然，我只是提供一個思路，具體實驗層面的東西還要你們來做，所以這是下一步的研究方向。」
「至於眼下……為了還原英國人的4722，你們確實還是得啃一下雷射選區熔化的工藝參數，我這邊正急著要……」
(本章完)